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WO2024175582A1 - Vorrichtung zum erhitzen eines einsatzstoffes - Google Patents

Vorrichtung zum erhitzen eines einsatzstoffes Download PDF

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Publication number
WO2024175582A1
WO2024175582A1 PCT/EP2024/054265 EP2024054265W WO2024175582A1 WO 2024175582 A1 WO2024175582 A1 WO 2024175582A1 EP 2024054265 W EP2024054265 W EP 2024054265W WO 2024175582 A1 WO2024175582 A1 WO 2024175582A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pipes
feedstock
current
pipeline
pipelines
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2024/054265
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner STILL
Torsten Stark
Reiner JACOB
Eric Jenne
Kiara Aenne KOCHENDOERFER
Andrey Shustov
Grigorios Kolios
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Linde GmbH
SABIC Global Technologies BV
Original Assignee
BASF SE
Linde GmbH
SABIC Global Technologies BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE, Linde GmbH, SABIC Global Technologies BV filed Critical BASF SE
Priority to KR1020257031009A priority Critical patent/KR20250156135A/ko
Priority to CN202480013905.4A priority patent/CN120660448A/zh
Publication of WO2024175582A1 publication Critical patent/WO2024175582A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L53/00—Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
    • F16L53/30—Heating of pipes or pipe systems
    • F16L53/35—Ohmic-resistance heating
    • F16L53/37—Ohmic-resistance heating the heating current flowing directly through the pipe to be heated
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0019—Circuit arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/021—Heaters specially adapted for heating liquids

Definitions

  • the invention relates to a device for heating a feedstock and a system comprising a device for heating a feedstock.
  • the device can be used in particular for heating feedstock to a temperature in the range from 200 °C to 1700 °C, preferably from 300 °C to 1400 °C, particularly preferably from 400 °C to 875 °C.
  • the device is in particular designed for electrical heating of the feedstock, for example as an electric oven or part of an electric oven.
  • the plant can, for example, be set up to carry out at least one endothermic reaction, a heating plant, a preheating plant, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a device for producing styrene, a device for dehydrogenating ethylbenzene, a device for splitting ureas, isocyanates, melamine, a cracker, a catalytic cracker, a device for dehydrogenation, a device for producing acetylene from hydrocarbons.
  • endothermic reaction a heating plant, a preheating plant, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a device for producing styrene, a device for dehydrogenating ethylbenzene, a device for splitting ureas, isocyanates,
  • WO 2015/197181 A1 describes a device for heating a fluid with at least one electrically conductive pipe for receiving the fluid, and at least one voltage source connected to the at least one pipe.
  • the at least one voltage source is designed to generate an alternating electrical current in the at least one pipe, which heats the at least one pipe to heat the fluid.
  • WO 2020/035575 describes a device for heating a fluid.
  • the device comprises - at least one electrically conductive pipeline and/or at least one electrically conductive pipeline segment for receiving the fluid, and - at least one direct current and/or direct voltage source, wherein each pipeline and/or each pipeline segment is assigned a direct current and/or direct voltage source which is connected to the respective pipeline and/or to the respective pipeline segment, wherein the respective direct current and/or direct voltage source is designed to generate an electrical current in the respective pipeline and/or in the respective pipeline segment, which heats the respective pipeline and/or the respective pipeline segment by Joule heat, which is generated when the electrical current passes through conductive pipe material, in order to heat the fluid.
  • WO 2021/160777 A1 describes a device for heating a fluid.
  • the device comprises - at least one electrically conductive pipeline and/or at least one electrically conductive pipeline segment for receiving the fluid, and - at least one single-phase Alternating current and/or at least one single-phase alternating voltage source, wherein each pipeline and/or each pipeline segment is assigned a single-phase alternating current and/or a single-phase alternating voltage source, which is connected to the respective pipeline and/or to the respective pipeline segment, wherein the respective single-phase alternating current and/or single-phase alternating voltage source is designed to generate an electrical current in the respective pipeline and/or in the respective pipeline segment, which heats the respective pipeline and/or the respective pipeline segment by Joule heat, which is generated when the electrical current passes through conductive pipe material, in order to heat the fluid, wherein the single-phase alternating current and/or the single-phase alternating voltage source is electrically connected to the pipeline and/or the pipeline segment in such a way that the alternating current generated flows into the
  • the power input per pipeline (or pipeline segment or section) in such systems for electrical heating cannot be increased arbitrarily.
  • a maximum length of the pipeline can be limited, for example, by a maximum residence time.
  • a voltage or current ratio can be determined by the resistance of the pipeline.
  • a pipeline material cannot be optimized to the appropriate specific resistance. This means that the maximum voltage that can be applied per pipeline can be limited.
  • the maximum voltage that can be applied is limited to values that must be manageable, especially in the event of a fault.
  • known devices require a lot of space and installation for switchgear, cables, busbars, actuators and transformers. In particular, voltage adjustment from several kV to ⁇ 100 V over several stages must be guaranteed.
  • the object of the present invention to provide a device for heating a feedstock and a system which at least largely avoid the disadvantages of known devices and methods.
  • the voltage that can be applied should be increased as much as possible.
  • the device should be easy to implement, be compact and at the same time ensure a high level of electrical safety.
  • the terms “at least one” and “one or more” as well as grammatical variations of these terms or similar terms, when used in connection with one or more elements or features and intended to express that the element or feature can be provided once or multiple times, are generally used only once, for example when the feature or element is first introduced.
  • the corresponding term “at least one” or “one or more” is generally no longer used, without limiting the possibility that the feature or element can be provided once or multiple times.
  • a device for heating a feedstock is proposed.
  • the device should be usable in a plant selected from the group consisting of: a plant for carrying out at least one endothermic reaction, a plant for heating, a plant for preheating, a steam cracker, a Steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a device for styrene production, a device for ethylbenzene dehydrogenation, a device for splitting ureas, isocyanates, melamine, a cracker, a catalytic cracker, a device for dehydrogenation, a device for producing acetylene from hydrocarbons.
  • a plant for carrying out at least one endothermic reaction a plant for heating, a plant for preheating, a steam cracker, a Steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a device for styrene production, a device for ethy
  • the device comprises a plurality of electrically conductive pipes for receiving the feedstock.
  • the pipes are arranged in parallel so that the feedstock can flow through them.
  • the device has at least one current and/or voltage source which is designed to impress an electrical current into the pipes, which heats the pipes using Joule heat, which is generated when the electrical current passes through conductive pipe material, to heat the feedstock.
  • Each of the pipes has a first end and a second end.
  • At least one electrical insulator is arranged at the first end and the second end, so that the respective pipe and at least one supply pipe and at least one discharge pipe are galvanically separated from one another.
  • the individual pipes are electrically connected to one another in a series circuit.
  • the electrical conductor By electrically connecting the pipes in series, also known as connecting the pipes in series, the electrical conductor can be extended as desired while maintaining the process parameters through parallel processing. This can increase the electrical resistance of the system. This means that the voltage that can be applied per series connection can be increased. The power that can be impressed can increase by at least an order of magnitude. At the same time, the number of voltage-reducing components required can be reduced.
  • feedstock as used here is a broad term to which its usual and common meaning should be given, as understood by the person skilled in the art. The term is not restricted to a specific or adapted meaning.
  • the term can, without restriction, refer in particular to any material, also referred to as feed or feedstock.
  • the feedstock can comprise at least one material from which reaction products can be generated and/or produced, in particular by at least one chemical reaction.
  • the feedstock can in particular be a reactant with which a chemical reaction is to be carried out.
  • the feedstock can be liquid or gaseous.
  • the feedstock can be a hydrocarbon to be thermally cracked and/or a mixture.
  • the feedstock can comprise at least one element selected from the group consisting of: methane, ethane, propane, butane, naphtha, ethylbenzene, gas oil, condensates, bioliquids, biogases, pyrolysis oils, waste oils and liquids from renewable raw materials.
  • Biofluids can be, for example, fats or oils or their derivatives from renewable raw materials, for example bio-oil or biodiesel.
  • Other feedstocks are also conceivable. In the context of the present invention, reference is made by way of example to fluids, representative of each of the other feedstocks listed.
  • heating the feedstock is a broad term to which its usual and common meaning should be given, as understood by those skilled in the art.
  • the term is not limited to a specific or adapted meaning.
  • the term can, without limitation, refer in particular to a process which leads to a change in the temperature of the feedstock, in particular an increase in the temperature of the feedstock, for example to heating of the feedstock.
  • the heating of the feedstock can be carried out electrically, in particular purely electrically.
  • the device can be used as an electric oven. But other embodiments are also conceivable. Use as a hybrid oven can also be possible, for example operated with gas, electricity, or gas and electricity.
  • the device has at least one current and/or voltage source which is set up to impress an electric current in the pipes, which heats the pipes by Joule heat, which is created when the electric current passes through conductive pipe material, to heat the feedstock.
  • the feedstock can be heated, for example, by heating to a predefined or predetermined temperature value.
  • the device can be set up to heat the feedstock to a temperature in the range from 200 °C to 1700 °C, preferably 300 °C to 1400 °C, particularly preferably 400 °C to 875 °C.
  • pipeline as used here is a broad term which is to be given its usual and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a device which has an interior which is delimited from an external environment by a jacket surface.
  • the term pipeline includes a pipe, a pipeline segment and/or a pipeline coil.
  • the pipeline can include at least one pipe and/or at least one pipeline segment and/or at least one pipeline coil.
  • a pipeline segment can be a sub-area of a pipeline.
  • the terms “pipeline” and “pipeline segment” and “pipeline coil” are used as synonyms below.
  • the pipelines can be designed as single pipelines, double pipelines or even multiple pipelines. In the case of double pipelines or multi-pipelines, two or more pipelines can be supplied with the feed material in parallel from a common supply pipeline and a common discharge pipeline.
  • the pipeline can have an at least partially cylindrical section.
  • the pipeline can be designed as a hollow cylinder tube, for example a circular cylinder with radius r and a length h, also referred to as height.
  • the circular cylinder can have a bore along an axis. Deviations from a circular cylinder geometry are conceivable.
  • the hollow cylinder tube can be an elliptical cylinder.
  • the hollow cylinder tube can be a prismatic cylinder.
  • feedstock receiving is a broad term which is to be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term may refer, without limitation, in particular to a transport of the feedstock from a first end of the pipeline to a second end of the pipeline. The geometry and/or surfaces and/or material of the pipelines may depend on a feedstock to be received.
  • the pipelines can be designed to carry out at least one reaction and/or heat the feedstock.
  • the device in particular the pipelines, can therefore also be referred to as a reactor or furnace, in particular an electric furnace.
  • the pipeline can be and/or have at least one reaction tube in which at least one chemical reaction can take place.
  • the geometry and/or surfaces and/or material of the pipelines can also be selected depending on a desired reaction and/or avoidance of a certain reaction.
  • the reaction can take place in the pipeline and/or outside the pipeline.
  • the reaction can be an endothermic reaction.
  • the reaction can be a non-endothermic reaction.
  • the reaction can be, for example, a preheating or a warming up.
  • An “endothermic reaction” can be understood to mean a reaction in which energy, in particular in the form of heat, is absorbed from the environment.
  • the feedstock can be heated in the pipeline.
  • the pipelines are electrically conductive.
  • electrically conductive as used here is a broad term which is to be given its usual and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not restricted to a specific or adapted meaning. The term can, without restriction, refer in particular to a property of the pipeline such that the pipeline, in particular the material of the pipeline, is designed to conduct electrical current.
  • the pipeline can have a specific electrical resistance of less than 10 1 ⁇ m. In the context of the present invention, the specific electrical resistance refers to the specific electrical resistance at room temperature.
  • the pipeline can have a specific electrical resistance p of 1 »10' 8 m ⁇ p ⁇ 10 1 m.
  • the pipeline can be made of and/or comprise one or more of metals and alloys such as copper, aluminum, iron, steel or Cr, Ni alloys, graphite, carbon, carbides, silicides.
  • the pipeline may comprise at least one material selected from the group consisting of ferritic or austenitic materials.
  • the pipeline may be made of and/or comprise a CrNi alloy.
  • the pipeline may be made of at least one metal and have a specific electrical resistance of 1 *10 8 to 200 *10 8 m.
  • the pipeline can be made of metal silicide and have an electrical resistivity of 1 *10 8 Q - 200 •10' 8 m.
  • the pipeline can be made of metal carbide and have an electrical resistivity of 20 *10 8 - 5,000 *10' 8 m.
  • the pipeline can be made of carbon and have an electrical resistivity of 50,000 *10 -8 Q -100,000 *10 8 m.
  • the pipeline can be made of graphite and have an electrical resistivity of 5,000 *1 O' 8 -100,000 *1 O' 8 m.
  • the pipeline can be made of B carbide and have an electrical resistivity of 10 1 - 10 2 .
  • the device comprises a plurality of electrically conductive pipes.
  • the device can have I pipes, where I is a natural number greater than or equal to two.
  • the device can have at least two, three, four, five or even more pipes.
  • the device can have up to one hundred pipes, for example.
  • the pipes can be designed identically or differently.
  • the pipes can be designed differently in terms of diameter, and/or length, and/or geometry.
  • the pipelines can have symmetrical and/or asymmetrical pipes and/or combinations thereof.
  • the geometry and/or surfaces and/or material of the pipelines can depend on the feedstock or also on an optimization of the reaction or other factors.
  • the device can have pipelines of an identical pipe type.
  • Asymmetrical pipes” and “combinations of symmetrical and asymmetrical pipes” can be understood to mean that the device can have any combination of pipe types.
  • a “pipe type” can be understood to mean a category or type of pipeline characterized by certain features.
  • the pipe type can be characterized by at least one feature selected from the group consisting of: a horizontal design of the pipeline; a vertical design of the pipeline; a length at the inlet (11) and/or outlet (I2) and/or transition (I3); a diameter at the inlet (d1) and outlet (d2) and/or transition (d3); number n of passes; length per pass; diameter per pass; geometry; surface; and material.
  • the device can have a combination of at least two different pipe types, which are connected in parallel and/or in series. For example, the device can have pipes of different lengths in the inlet (11) and/or outlet (I2) and/or transition (I3).
  • the device can have pipes with an asymmetry of the diameters in the inlet (d1) and/or outlet (d2) and/or transition (d3).
  • the device can have pipes with a different number of passes.
  • the device can have pipes with passes of different lengths per pass and/or different diameters per pass.
  • Possible pipes can be available in different pipe types in the form of a modular system and can be selected and arbitrarily configured depending on the intended use. By using pipes of different pipe types, a more precise temperature control and/or an adjustment of the reaction in the case of fluctuating feed and/or a selective yield of the reaction and/or an optimized process technology can be made possible.
  • the pipes can have identical or different geometries and/or surfaces and/or materials.
  • the pipelines are arranged parallel so that the feedstock can flow through them.
  • parallel flow through as used here is a broad term which should be given its usual and common meaning as understood by the person skilled in the art. The term is not restricted to a specific or adapted meaning. The term can, without restriction, refer in particular to a process-related parallelization of the pipelines.
  • the pipelines can be arranged at least partially parallel to one another. "At least partially parallel” can be understood to mean that an overall flow direction of the feedstock through the respective pipelines is parallel to an overall flow direction of the feedstock in the other pipelines, whereby deviations from a parallel arrangement are possible in partial areas of the respective pipeline.
  • the pipelines can, for example, be arranged next to one another.
  • pipelines can also be possible in which the pipelines are arranged parallel so that the feedstock can flow through them.
  • linear arrangements, W arrangements, U arrangements, circular arrangements are possible.
  • a flow direction can be opposite.
  • Inlet and outlet lines can be on one side, for example in an arrangement in which the pipes are arranged next to each other.
  • the shape of the pipes and/or the flow of the medium in relation to the electrical current direction can be arbitrary. From a purely electrical engineering perspective, any shape and flow through the reaction tube can be possible.
  • a heating line can be one or more of a reaction section to be heated, a section of a pipe to be heated, a plurality of pipes to be heated.
  • the electrical insulator described it can be possible to connect several pipes into any individual heating lines.
  • the heating lines can be connected in several rows and/or series in any electrical network, such as star, delta, open delta, or similar, to form a heating group, in particular without influencing the process design.
  • the resistance of a pipeline can be defined by parameters such as materials, wall thickness, also known as thickness, length of the pipeline and can determine the electrical design.
  • the specific resistance can be defined by the material, whereby the possible materials are based on the high temperature and pressure requirements. requirements are limited.
  • the length of the pipeline can define the residence time of the medium and cannot be changed at will for process-related reasons.
  • the wall thickness of the pipeline can in most cases only be increased, since a wall thickness that is too thin would lead to an unstable pipeline. This means that the pipelines cannot be electrically adapted or optimized at will and must be connected together in individual groups.
  • the proposed invention can make the process-related parameters independent of the electrical parameters. In this way, the design of the pipelines can be optimized in terms of process technology, in particular without restrictions due to electrical engineering. Electrical engineering can be optimized by connecting the given parameters, in particular the resistance of the pipelines, in various electrical connections to form optimal networks. In this way, it may be possible to apply higher voltages while at the same time reducing the number of components required.
  • the pipes can be interconnected and thus form a pipe system for receiving the feedstock.
  • the term "pipe system” as used here is a broad term which should be given its usual and common meaning as understood by the person skilled in the art. The term is not restricted to a specific or adapted meaning.
  • the term can, without restriction, refer in particular to a device made up of at least two, in particular interconnected, pipes.
  • the pipe system can have supply and discharge pipes.
  • the pipes can be connected to supply and discharge pipes in a fluid-conducting manner.
  • the pipe system can have at least one inlet for receiving the feedstock.
  • the pipe system can have at least one outlet for discharging the feedstock.
  • "Interconnected" can be understood to mean that the pipes are in fluid communication with one another.
  • the pipes can be arranged and connected in such a way that the feedstock flows through the pipes parallel to one another.
  • the pipes can be set up to transport one feedstock in parallel.
  • the pipes can be set up to transport different feedstocks in parallel.
  • the parallel-connected pipelines can have different geometries and/or surfaces and/or materials.
  • several or all of the pipelines can be configured in parallel so that the feedstock can be distributed between those parallel-configured pipelines.
  • a combination of a parallel and serial arrangement of pipelines is also conceivable.
  • the device can have a plurality of groups of parallel-flowable pipelines, which in turn are arranged in series, in particular one after the other in a flow direction.
  • the device has at least one current and/or voltage source.
  • the current and/or voltage source can be a single-phase or multi-phase alternating current and/or single-phase or multi-phase alternating voltage source or a direct current and/or DC voltage source.
  • the device can have at least one supply and discharge line which electrically connects the current and/or voltage source to the pipeline.
  • the device can, for example, have at least one alternating current and/or at least one alternating voltage source.
  • the alternating current and/or an alternating voltage source can be single-phase or multi-phase.
  • An “alternating current source” can be understood as a current source which is set up to provide an alternating current.
  • An “alternating current” can be understood as an electrical current whose polarity changes in a regular temporal repetition.
  • the alternating current can be a sinusoidal alternating current.
  • a “single-phase” alternating current source can be understood as an alternating current source which provides an electrical current with a single phase.
  • a “multi-phase” alternating current source can be understood as an alternating current source which provides an electrical current with more than one phase.
  • An “alternating voltage source” can be understood as a voltage source which is set up to provide an alternating voltage.
  • An “alternating voltage” can be understood as a voltage whose level and polarity repeats regularly over time.
  • the alternating voltage can be a sinusoidal alternating voltage.
  • the voltage generated by the AC voltage source causes a current to flow, in particular an alternating current to flow.
  • a "single-phase” AC voltage source can be understood as an AC voltage source that provides the alternating current with a single phase.
  • a “multi-phase” AC voltage source can be understood as an AC voltage source that provides the alternating current with more than one phase.
  • the device can have at least one direct current and/or at least one direct voltage source.
  • a “direct current source” can be understood to mean a device which is set up to provide a direct current.
  • a “direct voltage source” can be understood to mean a device which is set up to provide a direct voltage.
  • the direct current source and/or the direct voltage source can be set up to generate a direct current in the pipeline.
  • Direct current can be understood to mean an electrical current which is essentially constant in strength and direction.
  • Direct voltage can be understood to mean an electrical voltage which is essentially constant.
  • “Essentially constant” can be understood to mean a current or voltage whose fluctuations are insignificant for the intended effect.
  • the device may comprise a plurality of current and/or voltage sources, wherein the current and/or voltage sources are selected from the group consisting of: single-phase or multi-phase alternating current and/or single-phase or multi-phase alternating voltage sources or direct current and/or direct voltage sources, and a combination tion thereof.
  • the device can have 2 to M different current and/or voltage sources, where M is a natural number greater than or equal to three.
  • the current and/or voltage sources can be designed with or without the possibility of regulating at least one electrical output variable.
  • the current and/or voltage sources can be electrically regulated independently of one another.
  • the current and/or voltage sources can be designed identically or differently.
  • the device can be set up in such a way that current and/or voltage can be set for different zones, in particular heating zones of the device.
  • the pipes can belong to different temperature ranges or zones.
  • the pipes themselves can also have temperature zones.
  • One or more current or voltage sources can be assigned to the individual pipes.
  • the current and/or voltage supply can be adjusted, for example, by using at least one controller, depending on the reaction and process technology.
  • the voltage in particular can be varied for different zones. This can ensure that the current does not become too high, which would result in pipes that are too hot or, conversely, pipes that are too cold.
  • the current and/or voltage source is arranged to inject an electric current into the pipes.
  • inject as used herein is a broad term which is to be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term may specifically refer to one or more of injecting, feeding, and applying, without limitation.
  • the current and/or voltage source can be adjustable and set up to supply a current corresponding to the required power.
  • the device can have at least one temperature sensor which is set up to determine a temperature of at least one of the pipes.
  • the temperature sensor can comprise an electrical or electronic element which is set up to generate an electrical signal depending on the temperature.
  • the temperature sensor can have at least one element selected from the group consisting of: a thermistor, a PTC thermistor, a semiconductor temperature sensor, a temperature sensor with a quartz oscillator, a thermocouple, a pyroelectric material, a pyrometer, a thermal imaging camera, a ferromagnetic temperature sensor, a fiber optic temperature sensor.
  • the temperature can be measured at the inlet and outlet of the feedstock in and/or on the pipe. For example, measurements can be taken at several points in the pipe in order to determine and adjust the temperature over the length of the reactor for optimal process control.
  • the temperature can be controlled via at least one control element. This can, for example, switch off the current or voltage supply in the event of a so-called hotspot. If the temperature is too low, the control can increase the current or voltage supply.
  • the temperature sensor can be connected via a radio connection or a fixed connection be connected to the control system.
  • the control system can be connected to the current or voltage source via a radio connection or a fixed connection.
  • the device can have at least one control unit which is set up to control the current or voltage source depending on a temperature measured with the temperature sensor or an equivalent measured variable.
  • control unit can generally be understood to mean an electronic device which is set up to control and/or regulate at least one element of the device.
  • the control unit can be set up to evaluate signals generated by the temperature sensor and to regulate the current or voltage source depending on the measured temperature.
  • one or more electronic connections between the temperature sensor and the control unit can be provided for this purpose.
  • the control unit can, for example, comprise at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller.
  • the data processing device can have one or more volatile and/or non-volatile data memories, wherein the data processing device can, for example, be set up in a program to control the temperature sensor.
  • the control unit can also comprise at least one interface, for example an electronic interface and/or a human-machine interface such as an input/output device such as a display and/or a keyboard.
  • the control unit can be centrally or decentrally constructed, for example. Other designs are also conceivable.
  • the control unit can have at least one A/D converter.
  • the device can be set up for online temperature measurement.
  • an “online temperature measurement” can be understood as a measurement of the temperature with the at least one temperature sensor, which takes place during the transport and/or the reaction of the feedstock in the pipeline. In this way, the temperature can be regulated during operation. In particular, temperature measurement and regulation can take place over the length of a reactor.
  • Each of the conduits has a first end and a second end.
  • end of the conduit as used herein is a broad term to be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a specific or adapted meaning. The term may refer in particular to an inlet or an outlet, without limitation.
  • At least one electrical insulator is arranged at the first end and the second end, so that the respective conduit and at least one supply conduit and at least one discharge conduit are galvanically separated from one another.
  • the device may have a plurality of electrical insulators. The galvanic separation between the respective conduits and the supply and discharge conduits may be ensured by the electrical insulators.
  • galvanically separated from one another of the conduit is a broad term to be given its ordinary and common meaning as understood by those skilled in the art.
  • the term is not limited to a specific or adapted meaning.
  • the term may, without limitation, refer in particular to a separation of the pipeline and the supply and discharge pipelines such that no electrical conduction and/or a tolerable electrical conduction takes place between the pipelines and the supply and discharge pipelines.
  • the term "electrical insulator" of the pipeline is a broad term which should be given its usual and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not restricted to a special or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a non-conductor or a poor conductor.
  • the electrical insulator can provide electrotechnical insulation.
  • the electrical insulator can have a minimum total resistance for the respective electrical system considered of 100 kQ to 1000 MQ, preferably 300 kQ to 300 MQ, particularly preferably 1 M to 100 MQ, at 900 °C, the electrical system considered being the power supply module.
  • the electrical insulator can, for example, have a minimum total resistance for the respective electrical system considered of 300 kQ at 900 °C.
  • the electrical insulator can be designed to provide electrical insulation in a high temperature range, in particular at temperatures between 500-1400 °C.
  • the electrical insulator can be designed to be resistant to temperature changes in accordance with DIN EN 993-11.
  • the electrical isolator can provide a free flow of the feedstock.
  • the electrical isolator at the first end can be configured to provide a flow of the feedstock from a supply pipeline to the pipeline.
  • the electrical isolator at the second end can be configured to provide a flow of the feedstock from the pipeline to a discharge pipeline.
  • the electrical isolator can be configured to provide a fluidic connection between the first end of the pipeline and a supply pipeline.
  • the electrical isolator can be configured to provide a fluidic connection between the second end of the pipeline and a discharge pipeline.
  • the electrical insulator according to the invention can be designed to ensure a negligible or even no pressure loss in the device.
  • the electrical insulator can be designed to provide a pressure loss-free, also referred to as leak-free, fluidic connection in a pressure range from 0 to 50 bar, in particular from 0 to 10 bar, whereby pressure loss-free is understood to mean a negligible pressure loss or no pressure loss.
  • the electrical insulator can be permanently sealed under pressure differences of up to approximately 100 bar.
  • the electrical insulator can be resistant to an absolute pressure of 300 mbar to 100 bar, preferably 1 bar to 50 bar, particularly preferably 1.5 bar to 30 bar.
  • the electrical insulator can have at least one suitable material which satisfies the conditions mentioned.
  • the electrical insulator can have at least one material selected from the group consisting of ceramic materials, glass-like materials, glass fiber reinforced materials, plastic-like materials or resin-like materials.
  • the electrical insulator can, for example, have at least one mixture selected from the group consisting of: binary and ternary mixtures of aluminum oxide, zirconium oxide and yttrium oxide (e.g.
  • zirconium oxide reinforced aluminum oxide mixtures of silicon carbide and aluminum oxide; mixtures of aluminum oxide and magnesium oxide (MgO spinel); mixtures of aluminum oxide and silicon oxide (mullite); mixture of aluminum and magnesium silicates, ternary mixture of aluminum oxide, silicon oxide and magnesium oxide (cordierite); steatite (magnesium silicate); zirconium oxide reinforced aluminum oxide; Stabilized zirconium oxide (ZrC>2): Stabilizers in the form of magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO) or yttrium oxide (Y2O3), possibly cerium oxide (CeÜ2), scandium oxide (ScOs) or ytterbium oxide (YbOs) are also used as stabilizers; also aluminum titanate (stoichiometric mixture of aluminum oxide and titanium oxide); silicon nitride and aluminum oxide (silicon aluminum oxynitride SIALON).
  • MgO magnesium oxide
  • CaO calcium oxide
  • Y2O3 yttrium oxide
  • AI2O3 As zirconium oxide reinforced aluminum oxide, it is advantageous to use AI2O3 with 10 to 20 mol% ZrO 2 .
  • To stabilize ZrO 2 it is advantageous to use 10 to 20 mol% CaO, preferably 16 mol%, 10 to 20 mol% MgO, preferably 16, or 5 to 10 mol% Y2O3, preferably 8 mol% ("fully stabilized zirconium oxide") or 1 to 5 mol% Y2O3, preferably 4 mol% ("partially stabilized zirconium oxide").
  • 80% AI2O3, 18.4% ZrO 2 and 1.6% Y2O3 are advantageous.
  • the electrical insulator can be designed to prevent potential increases and leakage currents on the pipeline. This allows the supply voltage of the pipelines to be selected without taking into account undesirable potentials and leakage currents on metallic system components outside a heating area of the device.
  • the supply voltage in the low voltage range can be up to about 1000 V.
  • the supply voltage in the medium voltage range can be > 1 kV to about 30 kV.
  • the individual pipes are electrically connected to one another in a series circuit.
  • series circuit as used here is a broad term to which its usual and common meaning should be given, as understood by the person skilled in the art. The term is not limited to a specific or adapted meaning.
  • the term can, without limitation, refer in particular to an electrotechnical series connection. connection of the pipeline in a circuit.
  • an electrical connection can be provided between the pipelines.
  • the current and/or voltage source can, for example, be connected to a first pipeline, which is connected in series to the other pipelines by means of electrical connections.
  • the supply pipeline and the discharge pipeline can be galvanically separated from the process-related pipelines (or those through which the feed material can flow in parallel) by means of the electrical insulators, as described above.
  • the device can have a plurality of pipelines connected in series.
  • the number of pipelines connected in series can in principle be arbitrary. For example, around 5 pipelines can be connected in series, particularly in the case of the low-voltage range. For example, for 30 kV, up to 150 pipelines can be connected in series.
  • the present invention proposes an improvement of known plant designs of electric furnaces with regard to increasing the input power and at the same time reducing the space and installation requirements for switchgear, transformers, etc. This is possible through a combination of process-related parallelization of the pipeline and a serial electrical connection of the pipelines using galvanic insulators. Without galvanic insulation, the maximum voltage that can be applied is limited to low values that must be manageable even in the event of a fault.
  • the use of electrically, process-related and mechanically suitable insulators now enables the voltage that can be applied to be increased, for example by an order of magnitude. This increase in voltage is achieved with an electrical serialization of the pipeline, whereby this type of connection allows a reduction in space and installation requirements.
  • WO 2021/160777 A1 does not describe any electrical serialization of the pipelines on page 16, lines 5 to 13. A combination of process-related parallelization of the pipeline and a serial electrical connection of the pipelines is therefore not disclosed. Such a combination enables the aforementioned optimization of the known system design of electric furnaces.
  • a system comprising a device according to the invention.
  • the system can have a plurality of devices.
  • the devices can be electrically connected in series and/or parallel to one another.
  • the system comprises at least one device according to the invention and at least one power supply module.
  • the power supply module has at least one voltage adjustment, which is set up to provide a network input means corresponding to the power requirement. or high voltage into an output voltage usable by the device and to provide it to the current and/or voltage source.
  • the term "power supply module” as used here is a broad term which is to be given its usual and common meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to a specific or adapted meaning. The term can, without limitation, refer in particular to a unit of the system which is configured to provide an output voltage usable from the current and/or voltage source of the device.
  • the power supply module can be configured to receive a mains input medium or high voltage and transform it into the necessary output voltage.
  • the power supply module can have at least one three-phase controller and/or adjustable rectifier with at least one transformer and/or a variable transformer.
  • the power supply module can have a medium voltage transformer and a thyristor system.
  • the power supply module can have a MV transformer 10 kV/950 V, 12 MVA and a thyristor system.
  • the power supply module according to the invention can thus have a reduced number of electrical components.
  • the mains input medium or high voltage can be provided, for example, by cable from a switchgear station further away.
  • Each device in the system can be assigned a power supply module.
  • other designs are also possible.
  • the power supply module can be designed to be compact.
  • the power supply module can have a height h of 2m > h > 5m, a width b of 4m > b > 7m and a depth t of 2m > t > 5m.
  • the power supply module can be arranged in an outdoor installation in the immediate vicinity of the device or on the furnace.
  • the plant can be selected from the group consisting of: a plant for carrying out at least one endothermic reaction, a plant for heating, a plant for preheating, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a device for producing styrene, a device for dehydrogenating ethylbenzene, a device for splitting ureas, isocyanates, melamine, a cracker, a catalytic cracker, a device for dehydrogenation, a device for producing acetylene from hydrocarbons.
  • the device and the system have a number of advantages over known devices. By parallelizing the process-technical pipelines, short residence times and thus a high selectivity and/or yield of valuable components can be achieved.
  • a process-technical serial connection of pipelines would have the disadvantage of poor yields and selectivities.
  • the electrotechnical series connection can achieve high Voltages (»690 V instead of -100V) are possible.
  • the present invention can enable an increase in the voltage that can be applied and thus the power that can be impressed by an order of magnitude. Furthermore, less electrical equipment, conservation of resources (fewer copper rails), increased availability, as less equipment with potential faults, cost efficiency, and a reduction in the space required for transformers in systems can be made possible.
  • Embodiment 1 Device for heating a feedstock comprising a plurality of electrically conductive pipes for receiving the feedstock, the pipes being arranged in parallel so that the feedstock can flow through them, the device having at least one current and/or voltage source which is designed to impress an electrical current into the pipes, which heats the pipes by Joule heat, which is generated when the electrical current passes through conductive pipe material, in order to heat the feedstock, each of the pipes having a first end and a second end, at least one electrical insulator being arranged at the first end and the second end, so that the respective pipe and at least one supply pipe and at least one discharge pipe are galvanically separated from one another, the individual pipes being electrically connected to one another in a series circuit.
  • Embodiment 2 Device according to the preceding embodiment, characterized in that the device is designed to heat the feedstock to a temperature in the range of 200 °C to 1700 °C, preferably 300 °C to 1400 °C, particularly preferably 400 °C to 875 °C.
  • Embodiment 3 Device Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the device has at least one temperature sensor which is configured to determine a temperature of at least one of the pipes, wherein the device has at least one control unit which is configured to regulate the current or voltage source depending on a temperature measured with the temperature sensor or an equivalent measured variable.
  • Embodiment 4 Device characterized in that the current and/or voltage source comprises a single-phase or multi-phase alternating current and/or single-phase or multi-phase alternating voltage source or a direct current and/or direct voltage source.
  • Embodiment 5 Device characterized in that the current and/or voltage source is adjustably arranged to feed a current corresponding to the required power.
  • Embodiment 6 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the electrical insulator comprises at least one material selected from the group consisting of ceramic materials, glass-like materials, glass fiber reinforced materials, plastic-like materials or resin-like materials.
  • Embodiment 7 Device characterized in that the electrical insulator has a minimum total resistance for the respective electrical system considered of 100 kQ to 1000 MQ, preferably 300 kQ to 300 MQ, particularly preferably 1 MQ to 100 MQ, at 900 °C.
  • Embodiment 8 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the pipelines comprise symmetrical or asymmetrical pipes and/or a combination thereof, and/or wherein the pipelines are designed differently in terms of diameter, and/or length, and/or geometry.
  • Embodiment 9 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the pipes are connected to the supply and discharge pipes in a fluid-conducting manner.
  • Embodiment 10 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the pipes are interconnected and thus form a pipe system for receiving the feedstock or that the pipes are designed to be fluidically separated from one another.
  • Embodiment 11 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the feedstock is a hydrocarbon to be thermally cracked and/or a mixture.
  • Embodiment 12 System comprising at least one device according to one of the preceding embodiments and at least one power supply module, wherein the power supply module has at least one voltage adapter which is configured to transform a mains input medium or high voltage corresponding to the power requirement into an output voltage usable by the device and to provide it to the current and/or voltage source.
  • Embodiment 13 Plant according to the preceding embodiment, characterized in that the plant has a plurality of devices.
  • Embodiment 14 System according to the preceding embodiment, characterized in that the devices are electrically connected in series and/or parallel to one another.
  • Embodiment 15 System according to one of the two preceding embodiments, characterized in that each device is assigned a power supply module.
  • Embodiment 16 System according to one of the preceding embodiments, characterized in that the power supply module has a height h of 2m > h > 5m, a width b of 4m > b > 7m and a depth t of 2m > t > 5m.
  • Embodiment 17 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the plant is selected from the group consisting of: a plant for carrying out at least one endothermic reaction, a plant for heating, a plant for preheating, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a device for styrene production, a device for ethylbenzene dehydrogenation, a device for splitting ureas, isocyanates, melamine, a cracker, a catalytic cracker, a device for dehydrogenation, a device for producing acetylene from hydrocarbons.
  • a plant for carrying out at least one endothermic reaction a plant for heating, a plant for preheating, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a device for st
  • Figure 1 shows an embodiment of the device according to the invention
  • Figure 2 shows a further embodiment of the device according to the invention
  • Figures 3A to 3C show further embodiments of the device according to the invention
  • FIG. 4 shows an embodiment of the system according to the invention.
  • Figure 5 shows an example of a connection between a pipeline and an electrical insulator.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of a device 110 according to the invention for heating a feedstock.
  • the device 110 should be usable in a plant 112, for example in a plant shown in Figure 4.
  • the plant 112 can be selected from the group consisting of: a plant for carrying out at least one endothermic reaction, a plant for heating, a plant for preheating, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a device for producing styrene, a device for dehydrogenating ethylbenzene, a device for splitting ureas, isocyanates, melamine, a cracker, a catalytic cracker, a device for dehydrogenation, a device for producing acetylene from hydrocarbons.
  • the feedstock can be any material in principle.
  • the feedstock can have at least one material from which reaction products can be generated and/or produced, in particular by at least one chemical reaction.
  • the feedstock can in particular be a reactant with which a chemical reaction is to be carried out.
  • the feedstock can be liquid or gaseous.
  • the feedstock can be a hydrocarbon to be thermally split and/or a mixture.
  • the feedstock can have at least one element selected from the group consisting of: methane, ethane, propane, butane, naphtha, ethylbenzene, gas oil, condensates, biofluids, biogases, pyrolysis oils, waste oils and liquids from renewable raw materials.
  • Biofluids can be, for example, fats or oils or their derivatives from renewable raw materials, for example bio-oil or biodiesel.
  • Other feedstocks are also conceivable.
  • the heating of the feedstock can comprise a change in the temperature of the feedstock, in particular an increase in the temperature of the feedstock, for example to heat the feedstock.
  • the feedstock can be heated, for example, by heating to a predefined or predetermined temperature value.
  • the device 110 can be set up to heat the feedstock to a temperature in the range from 200 °C to 1700 °C, preferably 300 °C to 1400 °C, particularly preferably 400 °C to 875 °C.
  • the heating of the feedstock can be carried out electrically, in particular purely electrically.
  • the device can be used as an electric oven. But other embodiments are also conceivable. Use as a hybrid oven can also be possible, for example operated with gas, electricity, or gas and electricity.
  • the device 110 comprises a plurality of electrically conductive pipelines 114 for receiving the feedstock.
  • the pipelines 114 are arranged parallel so that the feedstock can flow through them.
  • the pipeline 114 can comprise at least one pipe and/or at least one pipeline segment and/or at least one pipeline coil.
  • a pipeline segment can be a portion of a pipeline.
  • the pipeline 114 can be set up to transport the feedstock from a first end 116 of the pipeline 114 to a second end 118 of the pipeline 114.
  • the geometry and/or surfaces and/or material of the pipelines can depend on a feedstock to be received.
  • the pipelines 114 can be set up to carry out at least one reaction and/or heating of the feedstock.
  • the device 110 in particular the pipelines 114, can therefore also be referred to as a reactor or furnace, in particular an electric furnace.
  • the pipeline 114 can be and/or have at least one reaction tube in which at least one chemical reaction can take place.
  • the geometry and/or surfaces and/or material of the pipelines can also be selected depending on a desired reaction and/or avoidance of a certain reaction.
  • the reaction can take place in the pipeline 114 and/or outside the pipeline 114.
  • the reaction can be an endothermic reaction.
  • the reaction can be a non-endothermic reaction.
  • the reaction can be, for example, preheating or warming up.
  • the feedstock can be heated in the pipeline 114.
  • the pipes 114 are electrically conductive.
  • the pipe 114 can have a specific electrical resistance of less than 10 1 Q m.
  • the specific electrical resistance refers to the specific electrical resistance at room temperature.
  • the pipe 114 can have a specific electrical resistance p of 1 * 10 8 m ⁇ p ⁇ 10 1 m.
  • the pipe 114 can be made from and/or comprise one or more of metals and alloys such as copper, aluminum, iron, steel or Cr, Ni alloys, graphite, carbon, carbides, silicides.
  • the pipe 114 can comprise at least one material selected from the group consisting of ferritic or austenitic materials.
  • the pipe can be made from and/or comprise a CrNi alloy.
  • the pipe can be made from at least one metal and have a specific electrical resistance of 1 * 10 8 to 200 * 10 8 m.
  • the pipe 114 can be made of metal silicide and have a specific electrical resistance of 1 *10' 8 - 200*1 O' 8 m.
  • the pipe 114 can be made of metal carbide and have a specific electrical resistance of 20*10 8 - 5,000 »IO 8 m.
  • the pipe 114 can be made of carbon and have a specific electrical resistance of 50,000 »IO 8 -100,000*10 8 m.
  • the pipe 114 can be made of graphite and have a specific electrical resistance of 5,000*10 8 -100,000* 10 8 m.
  • the pipe 114 can be made of B-carbide and have a specific electrical resistance of 10 1 - 10' 2 .
  • the device 110 comprises a plurality of electrically conductive pipes 114.
  • the device 110 can have I pipes 114, where I is a natural number greater than or equal to two.
  • the device 110 can have at least two, three, four, five or even more pipes 114.
  • the device 110 can have up to one hundred pipes 114, for example.
  • the pipes 114 can be designed identically or differently.
  • the pipes 114 can be designed differently in terms of diameter, and/or length, and/or geometry.
  • the pipelines 114 are arranged parallel so that the feedstock can flow through them.
  • the pipelines 114 can be arranged at least partially parallel to one another.
  • An overall flow direction of the feedstock through the respective pipelines 114 can be parallel to an overall flow direction of the feedstock in the other pipelines 114, whereby deviations from a parallel arrangement are possible in partial areas of the respective pipeline 114.
  • the pipes 114 can be connected and thus form a pipe system for receiving the feedstock.
  • the pipe system can have supply and discharge pipes 120, 122.
  • a process direction (here identical to the overall flow direction) is marked with the arrows 124.
  • the pipes 114 can be fluidically connected to supply and discharge pipes 120, 122.
  • the pipe system can have at least one inlet for receiving the feedstock.
  • the pipe system can have at least one outlet for discharging the feedstock.
  • the pipes 114, 120, 122 are fluidically connected to one another.
  • the pipes 114 can be arranged and connected in such a way that the feedstock flows through the pipes parallel to one another.
  • the pipes 114 can be set up to transport one feedstock in parallel.
  • the pipes 114 can be set up to transport different feedstocks in parallel.
  • the parallel-connected pipelines 114 can have different geometries and/or surfaces and/or materials.
  • several or all of the pipelines 114 can be configured in parallel so that the feedstock can be distributed between those parallel-configured pipelines.
  • a combination of a parallel and serial arrangement of pipelines 114 is also conceivable.
  • the device can have a plurality of groups of parallel-flow pipelines 114, which in turn are arranged serially, in particular one after the other in a flow direction.
  • the device 110 has at least one current and/or voltage source 126, which is designed to impress an electric current into the pipes 114, which heats the pipes 114 through Joule heat, which is generated when the electric current passes through conductive pipe material, in order to heat the feedstock.
  • the current and/or voltage source 126 is shown purely schematically.
  • the current and/or voltage source 126 can comprise a single-phase or multi-phase alternating current and/or single-phase or multi-phase alternating voltage source or a direct current and/or direct voltage source.
  • the device 110 can have at least one supply and discharge line, which electrically connects the current and/or voltage source 126 to the pipe 114.
  • Figure 2 shows an exemplary embodiment in which the current and/or voltage source 126 can be a multi-phase alternating current and/or multi-phase alternating voltage source.
  • Three groups of pipes 114 arranged in series are shown, with the pipes 114 in the respective groups being arranged in parallel so that the feedstock can flow through them.
  • the three outer conductors are designated L1, L2 and L3 and the neutral conductor is designated N.
  • a multi-phase alternating current or alternating voltage source with nx3 conductors is also conceivable.
  • Figure 1 For the further description of Figure 2, reference is made to the description of Figure 1.
  • Figures 3 show further embodiments with further electrical switching options for the pipelines 114 or groups of pipelines 114.
  • Figure 3A shows an individual supply of the groups of parallel pipelines.
  • Figure 3B shows an embodiment in which the groups of pipelines are supplied in parallel.
  • the pipelines are designed as single pipelines.
  • Figure 3C shows an embodiment in which the individual pipelines are supplied in parallel.
  • the pipelines are designed as double pipelines.
  • the current and/or voltage source 126 can each be designed as a direct current and/or direct voltage source or as an alternating current and/or alternating voltage source.
  • the current and/or voltage source 126 can be adjustable to supply a current corresponding to the required power.
  • the device 110 can have at least one temperature sensor 128, which is set up to determine a temperature of at least one of the pipes.
  • the temperature sensor 128 can comprise an electrical or electronic element, which is set up to generate an electrical signal depending on the temperature.
  • the temperature sensor 128 can have at least one element selected from the group consisting of consisting of: a thermistor, a PTC thermistor, a semiconductor temperature sensor, a temperature sensor with a quartz crystal, a thermocouple, a pyroelectric material, a pyrometer, a thermal imaging camera, a ferromagnetic temperature sensor, a fiber optic temperature sensor.
  • the temperature can be measured at the inlet and outlet of the feedstock in and/or on the pipeline 114. For example, measurements can be taken at several points in the pipeline 114 in order to determine and adjust the temperature along the length of the reactor for optimal process control.
  • the temperature can be controlled via at least one control element. This can, for example, switch off the current or voltage supply in the event of a so-called hotspot. If the temperature is too low, the control can increase the current or voltage supply.
  • the temperature sensor 128 can be connected to the control system via a radio connection or a fixed connection.
  • the control system can be connected to the current or voltage source 126 via a radio connection or a fixed connection.
  • the device 110 can have at least one control unit 130, which is set up to regulate the current or voltage source 126 depending on a temperature measured with the temperature sensor 128 or an equivalent measured variable.
  • the control unit 130 can be set up to evaluate signals generated by the temperature sensor and to regulate the current or voltage source 126 depending on the measured temperature.
  • one or more electronic connections between the temperature sensor 128 and the control unit 130 can be provided for this purpose.
  • the control unit 130 can, for example, comprise at least one data processing device, for example at least one computer or microcontroller.
  • the data processing device can have one or more volatile and/or non-volatile data memories, wherein the data processing device can, for example, be set up in terms of programming to control the temperature sensor 128.
  • the control unit 130 can also comprise at least one interface, for example an electronic interface and/or a human-machine interface such as an input/output device such as a display and/or a keyboard.
  • the control unit 130 can, for example, be centrally or decentrally constructed. Other configurations are also conceivable.
  • the control unit 130 can have at least one A/D converter.
  • the device 110 can be set up for online temperature measurement. In this way, the temperature can be regulated during operation. In particular, temperature measurement and regulation can take place over a reactor length.
  • Each of the pipelines 114 has a first end 116 and a second end 118. At least one electrical insulator 132 is arranged at the first end 116 and the second end 118, so that the respective pipeline 114 and at least one supply pipeline 120 and at least one discharge pipeline 122 are galvanically separated from one another.
  • the device 110 can have a plurality of electrical insulators 132. The galvanic separation between the respective pipelines 114 and the supply and discharge pipelines lines 120, 122 can be ensured by the electrical insulators 132.
  • the galvanic isolation can be such that no electrical conduction and/or a tolerable electrical conduction occurs between the pipes 114 and the incoming and outgoing pipes 120, 122.
  • the electrical insulator 132 can be a non-conductor or a poor conductor.
  • the electrical insulator 132 can provide electrical insulation.
  • the electrical insulator 132 can have a minimum resistance of 100 kQ to 1000 MQ, preferably from 300 kQ to 300 MQ, particularly preferably from 1 M to 100 MQ, at 900 °C, the electrical system under consideration being the power supply module.
  • the electrical insulator can, for example, have a minimum total resistance of 300 kQ at 900 °C for the electrical system under consideration.
  • the electrical insulator 132 can be designed to provide electrical insulation in a high temperature range, in particular at temperatures between 500-1400 °C.
  • the electrical insulator 132 can be designed to be resistant to temperature changes in accordance with DIN EN 993-11.
  • the electrical insulator 132 can provide a free flow of the feed material.
  • the electrical insulator 132 at the first end 116 can be configured to provide a flow of the feed material from an inlet pipe 120 to the pipe 114.
  • the electrical insulator 132 at the second end 118 can be configured to provide a flow of the feed material from the pipe 114 to an outlet pipe 122.
  • the electrical insulator 132 can be configured to provide a fluidic connection between the first end 116 of the pipe 114 and an inlet pipe 120.
  • the electrical insulator 132 can be configured to provide a fluidic connection between the second end 118 of the pipe 114 and an outlet pipe 122.
  • the electrical insulator 132 can be designed to ensure a negligible or even no pressure loss in the device.
  • the electrical insulator 132 can be designed to provide a pressure loss-free, also referred to as leakage-free, fluidic connection in a pressure range from 0 to 50 bar, in particular from 0 to 10 bar, where pressure loss-free is understood to mean a negligible pressure loss or no pressure loss.
  • the electrical insulator 132 can be resistant to pressure differences of up to approx. 100 bar.
  • the electrical insulator can be resistant to an absolute pressure of 300 mbar to 100 bar, preferably 1 bar to 50 bar, particularly preferably from 1.5 bar to 30 bar.
  • the electrical insulator 132 can have at least one suitable material which fulfills the conditions mentioned.
  • the electrical insulator 132 can have at least one material selected from the group consisting of ceramic materials, glass-like materials, glass fiber reinforced materials, plastic-like materials or resin-like materials.
  • the electrical insulator can, for example, have at least one mixture selected from the group consisting of: binary and ternary mixtures of aluminum oxide, zirconium oxide and yttrium oxide (e.g.
  • zirconium oxide reinforced aluminum oxide mixtures of silicon carbide and aluminum oxide; mixtures of aluminum oxide and magnesium oxide (MgO spinel); mixtures of aluminum oxide and silicon oxide (mullite); mixture of aluminum and magnesium silicates, ternary mixture of aluminum oxide, silicon oxide and magnesium oxide (cordierite); steatite (magnesium silicate); zirconium oxide reinforced aluminum oxide; Stabilized zirconium oxide (ZrC>2): Stabilizers in the form of magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO) or yttrium oxide (Y2O3), possibly cerium oxide (CeÜ2), scandium oxide (ScOs) or ytterbium oxide (YbOs) are also used as stabilizers; also aluminum titanate (stoichiometric mixture of aluminum oxide and titanium oxide); silicon nitride and aluminum oxide (silicon aluminum oxynitride SIALON).
  • MgO magnesium oxide
  • CaO calcium oxide
  • Y2O3 yttrium oxide
  • the electrical insulator 132 can be designed to prevent potential increases and leakage currents on the pipeline 114.
  • the supply voltage of the pipelines 114 can thus be selected without taking into account undesirable potentials and leakage currents on metallic system components outside a heating area of the device 110.
  • the supply voltage in the low voltage range can be up to approximately 1000 V.
  • the supply voltage in the medium voltage range can be > 1 kV to approximately 30 kV.
  • the individual pipes 114 are electrically connected to one another in a series circuit.
  • the pipes 114 can in particular be connected in series electrically.
  • an electrical connection 134 can be provided between the pipes 114.
  • the current and/or voltage source 126 can, for example, be connected to a first pipe 114, which is connected in series to the other pipes 114 by means of electrical connections 134.
  • the supply pipe 120 and the discharge pipe 122 can be galvanically separated from the serially connected pipes 114 by means of the electrical insulators 132, as described above.
  • the device 110 can have a plurality of serially connected pipes 114. By using the electrical insulators 132, the number of pipes 114 connected in series can in principle be arbitrary.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an embodiment of the system 112 according to the invention.
  • the system 112 comprises at least one device 110 according to the invention.
  • the system 112 can, as shown in Figure 4, have a plurality of devices 110.
  • the devices 110 can be electrically connected in series and/or parallel to one another.
  • the plant 112 can be selected from the group consisting of: a plant for carrying out at least one endothermic reaction, a plant for heating, a plant for preheating, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a device for producing styrene, a device for dehydrogenating ethylbenzene, a device for splitting ureas, isocyanates, melamine, a cracker, a catalytic cracker, a device for dehydrogenation, a device for producing acetylene from hydrocarbons.
  • the system 112 comprises at least one power supply module 136.
  • the power supply module 136 has at least one voltage adapter 138, which is configured to transform a mains input medium or high voltage 140 corresponding to the power requirement into an output voltage that can be used by the device 110 and to provide it to the current and/or voltage source 126.
  • the power supply module 136 can be set up to provide an output voltage that can be used by the current and/or voltage source 126 of the device 110.
  • the power supply module 136 can be set up to receive a mains input medium or high voltage 140 and transform it into the required output voltage.
  • the power supply module 136 can have at least one three-phase controller and/or adjustable rectifier with at least one transformer and/or a variable transformer.
  • the power supply module 136 can have a medium-voltage transformer and a thyristor system.
  • the power supply module can have an MV transformer 10 kV/950 V, 12 MVA and a thyristor system.
  • the power supply module 136 can thus have a reduced number of electrical components. As shown in Figure 4, each device 110 can be assigned a power supply module 136. However, other embodiments are also conceivable in which devices 110 are supplied by a common power supply module 136.
  • the mains input medium or high voltage 140 (for example 110 kV/10 kV, max 40 MVA; 110 kV/20 kV, max 80 MVA) can be provided to the power supply modules 136, for example, by cable (for example 690 A/ 345 A) from a more distant switchgear 142 (for example a medium voltage switch room).
  • a more distant switchgear 142 for example a medium voltage switch room.
  • power supply modules 136 can be assigned to a common switchgear 142.
  • the power supply module 136 may include a medium voltage transformer 10 kV/950 V, 12 MVA and a thyristor system. The power supply module 136 may then provide 950 V, 7.4 kA to the current and/or voltage source 126 of the device 110 (identified by reference numeral 144).
  • the power supply module 136 can be designed to be compact.
  • the power supply module 136 can have a height h of 2m > h > 5m, a width b of 4m > b > 7m and a depth t of 2m > t > 5m.
  • the power supply module 136 can be arranged in an outdoor installation in the immediate vicinity of the device 110 or on the furnace.
  • Figure 5 upper part, shows a schematic longitudinal section through an example of a connection between two pipelines 146,148 using an electrical insulator 132.
  • the connection can be designed, for example, as described in WO 2019/201754 A1.
  • a first of the pipes 146 can be made of a metallic material.
  • the first pipe 146 can be made of centrifugal casting, for example.
  • the pipe 146 can be cylindrical.
  • the first pipe 146 can have geometric dimensions of 52 mm x 5 mm (diameter D x wall thickness s) before installation.
  • the first pipe 146 can have a collar 150a at its connection-side end, in which there is a circumferential recess in which a sealing element 152a is accommodated.
  • an annular flat gasket made of mica can be inserted into the recess as a sealing element 152a (Klinger milam PSS 300 from Rich. Klinger Dichtungstechnik GmbH & Co. KG, 82352 Gumpoldsmaschinen, Austria).
  • a second of the pipes 148 can be made of a metallic material.
  • the first pipe 148 can be made of centrifugal casting, for example.
  • the pipe 148 can be cylindrical.
  • the second pipe 148 can have geometric dimensions of 52 mm x 5 mm (diameter D x wall thickness s) before installation.
  • the second pipe 148 can have a collar 150b at its connection-side end, in which there is a circumferential recess in which a sealing element 152b is accommodated.
  • an annular flat gasket made of mica can be inserted into the recess as a sealing element 152a (Klinger milam PSS 300 from Rich. Klinger Dichtungstechnik GmbH & Co. KG, 82352 Gumpoldsmaschinen, Austria).
  • the electrical insulator 132 can be designed as a hybrid tube with a ceramic inner layer and an outer layer made of an oxide-ceramic fiber composite material.
  • the Electrical insulator 132 can have an inner layer, for example made of monolith ceramic, aluminum oxide (Alsint 99.7 from Morgan Advanced Materials).
  • the inner layer of the electrical insulator can have geometric dimensions of 48 mm x 3 mm (diameter D x wall thickness s).
  • Electrical insulator 132 can have an outer layer 164, for example an OCMC reinforcement.
  • the reinforcement contains a ceramic matrix, for example WPS FW12 from Walter EC Pritzkow Spezialkeramik (70794 Filderstadt-Sielmingen) and as a fiber framework a fabric, for example of type DF11 from 3M (St. Paul, MN, USA), for example with the geometric dimensions 52 mm x 2 mm (diameter D x wall thickness s).
  • the connection-side ends of the electrical insulator can each have a collar 154a and 154b.
  • the collars 154a and 154b can be made of monolithic ceramic, for example aluminum oxide (Alsint 99.7 from Haldenwanger).
  • the collars 154a and 154b can, for example, be made as separate components, as shown in Figure 5, and be joined to the inner layer of the electrical insulator in a material-locking manner.
  • the connection can be made, for example, by a glass solder or a ceramic adhesive.
  • the collars 154a and 154b can be surrounded by the outer layer 164 of the electrical insulator 132 and firmly connected to it.
  • the connecting elements between the electrical insulator 132 and the connected pipes 146 and 148 can be designed in several parts.
  • the connecting elements can be identical on both sides.
  • a connecting element can comprise a clamping sleeve 156a or 156b, a pressing element 160a or 160b on the side of the connected pipes 146 and 148 and a compensating element 158a or 158b.
  • the clamping sleeves 156a or 156b can be made, for example, from a nickel-based alloy with the material number 2.4633.
  • the pressing elements 160a or 160b can be made, for example, from a nickel-based alloy with the material number 2.4633.
  • the compensating elements 158a or 158b can be made, for example, from a steel with the material number 1.4876.
  • the connecting elements press the collars 154a and 154b of the electrical insulator and the collars 150a and 150b of the connected pipes 146 and 148 against each other. In this way, a sealing connection can be created between the electrical insulator 132 and the two connected pipes 146 and 148.
  • This has the advantage that the sealing surfaces are subjected to axial pressure, which is a favorable type of stress, especially for ceramic materials.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (110) zum Erhitzen eines Einsatzstoffes vorgeschlagen. Die Vorrichtung (110) umfasst eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Rohrleitungen (114) zur Aufnahme des Einsatzstoffs. Die Rohrleitungen (114) sind parallel von dem Einsatzstoff durchfließbar angeordnet. Die Vorrichtung (110) weisen mindestens eine Strom- und/oder Spannungsquelle (126) auf, welche eingerichtet ist einen elektrischen Strom in den Rohrleitungen (114) einzuprägen, welcher die Rohrleitungen (114) durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Einsatzstoffes erwärmt. Jede der Rohrleitungen (110) weist ein erstes Ende (116) und ein zweites Ende (118) auf. An dem ersten Ende (116) und dem zweiten Ende (118) ist mindestens ein elektrischer Isolator (132) angeordnet, so dass die jeweilige Rohrleitung (114) und mindestens eine zuführende Rohrleitung (120) und mindestens eine abführende Rohrleitung (122) galvanisch voneinander getrennt sind. Die einzelnen Rohrleitungen (114) sind in einer Reihenschaltung elektrisch miteinander verschaltet.

Description

Vorrichtung zum Erhitzen eines Einsatzstoffes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhitzen eines Einsatzstoffes und eine Anlage umfassend eine Vorrichtung zum Erhitzen eines Einsatzstoffes. Die Vorrichtung kann insbesondere zum Erhitzen von Einsatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 1700 °C, bevorzugt von 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt von 400 °C bis 875 °C, verwendet werden. Die Vorrichtung ist insbesondere eingerichtet zu einem elektrischen Erhitzen des Einsatzstoffes, beispielsweise als elektrische Ofen oder Teil eines elektrischen Ofens. Die Anlage kann beispielsweise eingerichtet sein zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steam reformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylben- zoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren, einer Vorrichtung zur Acetylenherstellung aus Kohlenwasserstoffen. Auch andere Einsatzgebiete sind jedoch denkbar.
Derartige Vorrichtungen zum elektrischen Erhitzen eines Einsatzstoffes sind grundsätzlich bekannt. Beispielsweise beschreibt WO 2015/197181 A1 eine Einrichtung zum Heizen eines Fluides mit zumindest einer elektrisch leitfähigen Rohrleitung zur Aufnahme des Fluides, und zumindest eine mit der mindestens einen Rohrleitung verbundene Spannungsquelle. Die mindestens eine Spannungsquelle ist dazu ausgebildet, einen elektrischen Wechselstrom in der mindestens einer Rohrleitung zu erzeugen, der die mindestens eine Rohrleitung zum Heizen des Fluides erwärmt.
WO 2020/035575 beschreibt eine Einrichtung zum Erhitzen eines Fluides. Die Einrichtung umfasst -mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung und/oder mindestens ein elektrisch leitfähiges Rohrleitungssegment zur Aufnahme des Fluides, und -mindestens eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle, wobei jeder Rohrleitung und/oder jedem Rohrleitungssegment je eine Gleichstrom-und/oder Gleichspannungsquelle zugeordnet ist, welche mit der jeweiligen Rohrleitung und/oder mit dem jeweiligen Rohrleitungssegment verbunden ist, wobei die jeweilige Gleichstrom-und/oder Gleichspannungsquelle dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung und/oder in dem jeweiligen Rohrleitungssegment zu erzeugen, welcher die jeweilige Rohrleitung und/oder das jeweilige Rohrleitungssegment durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmt.
WO 2021/160777 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Erhitzen eines Fluides. Die Einrichtung umfasst - mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung und/oder mindestens ein elektrisch leitfähiges Rohrleitungssegment zur Aufnahme des Fluides, und - mindestens eine einphasige Wechselstrom- und/oder mindestens eine einphasige Wechselspannungsquelle, wobei jeder Rohrleitung und/oder jedem Rohrleitungssegment je eine einphasige Wechselstrom- und/oder eine einphasige Wechselspannungsquelle zugeordnet ist, welche mit der jeweiligen Rohrleitung und/oder mit dem jeweiligen Rohrleitungssegment verbunden ist, wobei die jeweilige einphasige Wechselstrom- und/oder einphasige Wechselspannungsquelle dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung und/oder in dem jeweiligen Rohrleitungssegment zu erzeugen, welcher die jeweilige Rohrleitung und/oder das jeweilige Rohrleitungssegment durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmt, wobei die einphasige Wechselstrom- und/oder die einphasige Wechselspannungsquelle derart mit der Rohrleitung und/oder dem Rohrleitungssegment elektrisch leitend verbunden ist, dass der erzeugte Wechselstrom über einen Hinleiter in die Rohrleitung und/oder das Rohrleitungssegment herein fließt und über einen Rückleiter zur Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle zurückfließt.
Trotz der zahlreichen Vorteile, welche mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren erzielt wurden, bleiben nach wie vor zahlreiche technische Herausforderungen bestehen. So kann die eingetragene Leistung pro Rohrleitung (bzw. Rohrleitungssegment oder -abschnitt) in derartigen Anlagen zum elektrischen Erhitzen nicht beliebig erhöht werden. Eine maximale Länge der Rohrleitung kann beispielsweise durch eine maximale Verweilzeit begrenzt sein. Ein Span- nungs- oder Stromverhältnis kann durch den Widerstand der Rohrleitung bestimmt sein. Ein Werkstoff der Rohrleitung kann nicht auf den passenden spezifischen Widerstand optimiert werden. Somit kann die maximal anlegbare Spannung pro Rohrleitung limitiert sein.
Die maximal anlegbare Spannung ist auf Werte limitiert, die beherrschbar sein müssen, insbesondere auch im Fehlerfall. Weiter besteht bei bekannten Vorrichtungen ein hoher Platz- und Installationsbedarf für Schaltanlagen, Kabel, Stromschienen, Stellglieder und Transformatoren. Insbesondere muss eine Spannungsanpassung von mehreren kV auf < 100 V über mehrere Stufen gewährleistet sein.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Erhitzen eines Einsatzstoffes und eine Anlage bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Dazu soll die anlegbare Spannung so weit wie möglich erhöht werden. Insbesondere soll die Vorrichtung einfach zu realisieren sein, kompakt sein und gleichzeitig eine hohe elektrische Sicherheit gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und eine Anlage mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind u. a. in den zugehörigen Unteransprüchen und Unteranspruchsverknüpfungen angegeben. Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben dem durch diese Begriffe eingeführten Merkmal, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf‘, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element e, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe oder ähnliche Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Erhitzen eines Einsatzstoffes vorgeschlagen.
Insbesondere soll die Vorrichtung einsetzbar sein in einer Anlage, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steam reformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylben- zoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren, einer Vorrichtung zur Acetylenherstellung aus Kohlenwasserstoffen.
Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Rohrleitungen zur Aufnahme des Einsatzstoffs. Die Rohrleitungen sind parallel von dem Einsatzstoff durchfließbar angeordnet. Die Vorrichtung weist mindestens eine Strom- und/oder Spannungsquelle auf, welche eingerichtet ist einen elektrischen Strom in den Rohrleitungen einzuprägen, welcher die Rohrleitungen durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Einsatzstoffes erwärmt. Jede der Rohrleitungen weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. An dem ersten Ende und dem zweiten Ende ist mindestens ein elektrischer Isolator angeordnet, so dass die jeweilige Rohrleitung und mindestens eine zuführende Rohrleitung und mindestens eine abführende Rohrleitung galvanisch voneinander getrennt sind. Die einzelnen Rohrleitungen sind in einer Reihenschaltung elektrisch miteinander verschaltet.
Durch die elektrische serielle Schaltung der Rohrleitungen, auch als Reihenschaltung der Rohrleitungen bezeichnet, kann der elektrische Leiter, bei gleichzeitiger Einhaltung der Prozessparameter durch verfahrenstechnische Parallelisierung, beliebig verlängert werden. Dadurch kann sich der elektrische Widerstand des Systems erhöhen. Somit kann die anlegbare Spannung pro Reihenschaltung erhöht werden. Die einprägbare Leistung kann sich mindestens um eine Größenordnung erhöhen. Gleichzeit kann die Anzahl der notwendigen spannungsreduzierenden Komponenten verringert werden.
Der Begriff „Einsatzstoff“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein grundsätzlich beliebiges Material, auch als Feed oder Feedstock bezeichnet, beziehen. Der Einsatzstoff kann mindestens ein Material aufweisen, aus welchem Reaktionsprodukte erzeugt und/oder hergestellt werden können, insbesondere durch mindestens eine chemische Reaktion. Der Einsatzstoff kann insbesondere ein Edukt sein, mit welchem eine chemische Reaktion durchgeführt werden soll. Der Einsatzstoff kann flüssig oder gasförmig sein. Der Einsatzstoff kann ein thermisch zu spaltender Kohlenwasserstoff und/oder ein Gemisch sein. Der Einsatzstoff kann mindestens ein Element aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Methan, Ethan, Propan, Butan, Naphtha, Ethylbenzol, Gasöl, Kondensate, Bioflüssigkeiten, Biogase, Pyrolyseöle, Abfallöle und Flüssigkeiten aus nachwachsenden Rohstoffen. Bioflüssigkeiten können beispielsweise Fette oder Öle oder deren Derivate aus nachwachsenden Rohstoffen sein, beispielsweise Bioöl oder Biodiesel. Auch andere Einsatzstoffe sind denkbar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird exemplarisch Bezug genommen auf Fluide, stellvertretend für jedes der anderen aufgeführten Einsatzstoffe.
Der Begriff „Erhitzen des Einsatzstoffes“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Vorgang beziehen, welcher zu einer Änderung einer Temperatur des Einsatzstoffes führt, insbesondere einen Anstieg der Temperatur des Einsatzstoffes, beispielsweise zu einem Erwärmen des Einsatzstoffes. Das Erhitzen des Einsatzstoffes kann elektrisch erfolgen, insbesondere rein elektrisch. Die Vorrichtung kann als elektrischer Ofen verwendet werden. Aber auch andere Ausführungsformen sind denkbar. Auch eine Nutzung als Hybrid-Ofen kann möglich sein, beispielsweise betrieben mit Gas, Strom, oder Gas und Strom. Wie oben ausgeführt weist die Vorrichtung mindestens eine Strom- und/oder Spannungsquelle auf, welche eingerichtet ist einen elektrischen Strom in den Rohrleitungen einzuprägen, welcher die Rohrleitungen durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Einsatzstoffes erwärmt. Der Einsatzstoff kann beispielsweise durch das Erhitzen bis zu einem vorgegebenen oder vorbestimmten Temperaturwert erwärmt werden. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein den Einsatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 1700 °C, bevorzugt 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt 400 °C bis 875 °C, zu erwärmen.
Der Begriff „Rohrleitung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, welche einen Innenraum aufweist, welcher von einer äußeren Umgebung durch eine Mantelfläche abgegrenzt ist. Der Begriff Rohrleitung umfasst dabei ein Rohr, ein Rohrleitungssegment und/oder eine Rohrleitungsschlange. Die Rohrleitung kann mindestens ein Rohr und/oder mindestens ein Rohrleitungssegment und/oder mindestens eine Rohrleitungsschlange umfassen. Ein Rohrleitungssegment kann ein Teilbereich einer Rohrleitung sein. Die Ausdrücke „Rohrleitung“ und „Rohrleitungssegment“ und „Rohrleitungsschlange“ werden im Folgenden als Synonyme verwendet. Die Rohrleitungen können als Einzelrohrleitungen, Doppelrohrleitungen oder auch Multirohrleitungen ausgestaltet. Bei Doppelrohrleitungen oder auch Multirohrleitungen können zwei bzw. mehrere Rohrleitungen parallelisiert von einer gemeinsamen zuführenden und einer gemeinsamen abführenden Rohrleitung mit dem Einsatzstoff beaufschlagt werden.
Die Rohrleitung kann einen zumindest teilweise zylindrischen Abschnitt aufweisen. Beispielseise kann die Rohrleitung als ein Hohlzylinderrohr, beispielsweise ein Kreiszylinder mit Radius r und einer Länge h, auch als Höhe bezeichnet, ausgestaltet sein. Der Kreiszylinder kann eine Bohrung entlang einer Achse aufweisen. Auch Abweichungen von einer Kreiszylindergeometrie sind denkbar. Beispielsweise kann das Hohlzylinderrohr ein elliptischer Zylinder sein. Beispielsweise kann das Hohlzylinderrohr ein prismatischer Zylinder sein.
Der Begriff „Aufnahme des Einsatzstoffes“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Transport des Einsatzstoffes von einem ersten Ende der Rohrleitung zu einem zweiten Ende der Rohrleitung beziehen. Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material der Rohrleitungen können abhängig von einem aufzunehmenden Einsatzstoff sein.
Die Rohrleitungen können zur Durchführung mindestens einer Reaktion und/oder Erwärmung des Einsatzstoffes eingerichtet sein. Die Vorrichtung, insbesondere die Rohrleitungen können deshalb auch als Reaktor oder Ofen, insbesondere elektrischer Ofen, bezeichnet werden. Beispielsweise kann die Rohrleitung mindestens ein Reaktionsrohr sein und/oder aufweisen, in welchem mindestens eine chemische Reaktion ablaufen kann. Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material der Rohrleitungen können auch abhängig von einer gewünschten Reaktion und/oder Vermeidung einer bestimmten Reaktion gewählt werden. Die Reaktion kann in der Rohrleitung erfolgen und/oder außerhalb der Rohrleitung. Die Reaktion kann eine endotherme Reaktion sein. Die Reaktion kann eine nicht endotherme Reaktion sein. Die Reaktion kann beispielsweise eine Vorwärmung oder eine Aufwärmung sein. Unter einer „endothermen Reaktion“ kann eine Reaktion verstanden werden, bei welcher Energie, insbesondere in Form von Wärme, aus der Umgebung aufgenommen wird. Insbesondere kann der Einsatzstoff in der Rohrleitung erhitzt werden.
Die Rohrleitungen sind elektrisch leitfähig. Der Begriff „elektrisch leitfähig“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Eigenschaft der Rohrleitung beziehen, derart dass die Rohrleitung, insbesondere das Material der Rohrleitung, eingerichtet ist, elektrischen Strom zu leiten. Die Rohrleitung kann einen spezifischen elektrischen Widerstand von kleiner 10 1 Q m aufweisen. Der spezifische elektrische Widerstand bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf den spezifischen elektrischen Widerstand bei Raumtemperatur. Die Rohrleitung kann einen spezifischen elektrischen Widerstand p von 1 »10’8 m < p < 10 1 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung aus einem oder mehreren von Metallen und Legierungen wie Kupfer, Aluminium, Eisen, Stahl- oder Cr-, Ni-Legierungen, Graphit, Carbon, Carbide, Silizide hergestellt sein und/oder diese aufweisen. Die Rohrleitung kann mindestens ein Material aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ferritischen oder austenitischen Werkstoffen. Beispielsweise kann die Rohrleitung aus einer CrNi Legierung hergestellt sein und/oder diese aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung aus mindestens einem Metall hergestellt sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 1 *108 bis 200*108 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung aus Metall-Silizid hergestellt sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 1 *108 Q - 200 •10’8 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung aus Metall-Carbid hergestellt sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 20*108 - 5.000 *10’8 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung aus Kohlenstoff hergestellt sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 50.000 *10-8 Q -100.000*108 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung aus Graphit hergestellt sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 5.000*1 O’8 -100.000*1 O’8 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung aus B-Carbid sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 10 1 - 102 aufweisen.
Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Rohrleitungen. Die Vorrichtung kann I Rohrleitungen aufweisen, wobei I eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. Beispielsweise kann die Vorrichtung mindestens zwei, drei, vier, fünf oder auch mehr Rohrleitungen aufweisen. Die Vorrichtung kann beispielsweise bis zu hundert Rohrleitungen aufweisen. Die Rohrleitungen können identisch oder verschieden ausgestaltet sein. Die Rohrleitungen können unterschiedlich hinsichtlich Durchmesser, und/oder Länge, und/oder Geometrie ausgestaltet sein.
Die Rohrleitungen können symmetrische und/oder unsymmetrische Rohre und/oder Kombinationen davon aufweisen. Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material der Rohrleitungen kann abhängig von dem Einsatzstoff oder auch abhängig von einer Optimierung der Reaktion oder anderen Faktoren sein. Bei einer rein symmetrischen Ausgestaltung kann die Vorrichtung Rohrleitungen von einem identischen Rohrtyp aufweisen. Unter „unsymmetrische Rohre“ und „Kombinationen von symmetrischen und unsymmetrischen Rohren“ kann verstanden werden, dass die Vorrichtung eine beliebige Kombination von Rohrtypen aufweisen kann. Unter einem „Rohrtyp“ kann eine durch bestimmte Merkmale gekennzeichnete Kategorie oder Art von Rohrleitung verstanden werden. Der Rohrtyp kann mindestens durch ein Merkmal charakterisiert werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer horizontalen Ausgestaltung der Rohrleitung; einer vertikalen Ausgestaltung der Rohrleitung; einer Länge im Eintritt (11) und/oder Austritt (I2) und/oder Übergang (I3); einem Durchmesser im Eintritt (d1 ) und Austritt (d2) und/oder Übergang (d3); Anzahl n von Pässen; Länge pro Pass; Durchmesser pro Pass; Geometrie; Oberfläche; und Material. Die Einrichtung kann eine Kombination von mindestens zwei verschiedenen Rohrtypen aufweisen, welche parallel und/oder in Reihe verschaltet sind. Beispielsweise kann die Einrichtung Rohrleitungen von unterschiedlichen Längen im Eintritt (11 ) und/oder Austritt (I2) und/oder Übergang (I3) aufweisen. Beispielsweise kann die Einrichtung Rohrleitungen mit einer Asymmetrie der Durchmesser im Eintritt (d1) und/oder Austritt (d2) und/oder Übergang (d3) aufweisen. Beispielsweise kann die Einrichtung Rohrleitungen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Pässen aufweisen. Beispielsweise kann die Einrichtung Rohrleitungen mit Pässen mit unterschiedlichen Längen pro Pass und/oder unterschiedlichem Durchmesser pro Pass aufweisen. Mögliche Rohrleitungen können in verschiedenen Rohrtypen in Form eines Baukastens vorliegen und abhängig von einem Verwendungszweck ausgewählt und beliebig kombiniert werden. Durch eine Verwendung von Rohrleitungen von verschiedenen Rohrtypen kann eine genauere Temperaturführung, und/oder eine Anpassung der Reaktion bei schwankendem Feed und/oder eine selektive Ausbeute der Reaktion und/oder eine optimierte Verfahrenstechnik ermöglicht werden. Die Rohrleitungen können identische oder verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen.
Die Rohrleitungen sind parallel von dem Einsatzstoff durchfließbar angeordnet. Der Begriff „parallel durchfließbar“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine verfahrenstechnische Parallelisierung der Rohrleitungen beziehen. Die Rohrleitung können zumindest teilweise parallel zueinander angeordnet sein. Unter „zumindest teilweise parallel“ kann dabei verstanden werden, dass eine Gesamtflussrichtung des Einsatzstoffes durch die jeweiligen Rohrleitungen parallel zu einer Gesamtflussrichtung des Einsatzstoffes in den anderen Rohrleitungen ist, wobei Abweichungen von einer parallelen Anordnung in Teilbereichen der jeweiligen Rohrleitung möglich sind. Die Rohrleitungen können beispielsweise nebeneinander angeordnet sein. Auch andere Anordnungen der Rohrleitungen können jedoch möglich sein, in denen die Rohrleitungen parallel von dem Einsatzstoff durchfließbar angeordnet sind. Beispielsweise sind lineare Anordnungen, W-Anordnungen, U- Anordnungen, kreisförmige Anordnungen möglich. Eine Fließrichtung kann entgegengesetzt sein. Zu- und Ableitungen können, beispielsweise bei einer Anordnung, in welcher die Rohrleitungen nebeneinander angeordnet sind, auf einer Seite sein.
Form der Rohrleitungen und/oder Durchströmung des Mediums im Verhältnis zur elektrischen Stromrichtung können beliebig sein. Aus rein elektrotechnischer Sicht können eine beliebige Form und Durchströmung des Reaktionsrohres möglich sein. Beispielsweise kann innerhalb eines Heizungsstrangs die Form der Rohrleitung sowie die Durchströmung des Mediums im Verhältnis zur elektrischen Stromrichtung verschieden sein, insbesondere freiwählbar. Ein Heizungsstrang kann eines oder mehreres sein von einem zu beheizenden Reaktionsabschnitt, einem Abschnitt einer zu beheizenden Rohrleitung, einer Mehrzahl von zu beheizenden Rohrleitungen. Durch die Verwendung des beschriebenen elektrischen Isolators kann es möglich sein mehrere Rohrleitungen in beliebige einzelne Heizungsstränge zu verschalten. Die Heizungsstränge können in mehrere Reihen und/oder Serienschaltung in beliebige elektrische Netzwerke, wie z.B. Stern, Dreieck, offenes Dreieck, oder ähnliche, zu Heizgruppe verschaltet werden, insbesondere ohne das Prozessdesign zu beeinflussen.
Der Widerstand einer Rohrleitung kann durch Parameter, wie beispielsweise Werkstoffe), Wandstärke, auch als Dicke bezeichnet, Länge der Rohrleitung, definiert sein und kann die elektrotechnische Auslegung bestimmen. Der spezifische Widerstand kann durch den Werkstoff definiert sein, wobei die möglichen Werkstoffe aufgrund der hohen Temperatur- und Druck-An- forderungen begrenzt sind. Die Länge der Rohrleitung kann die Verweilzeit des Medium definieren und kann aus Prozesstechnischen Gründen nicht beliebig geändert werden. Die Wandstärke der Rohrleitung kann in den meisten Fällen nur vergrößert werden, da eine zu dünne Wandstärke zu einer instabilen Rohrleitung führen würde. Dadurch können die Rohrleitungen nicht beliebig elektrotechnisch angepasst werden bzw. optimiert werden und müssen in einzelnen Gruppen zusammengeschaltet werden. Die vorgeschlagene Erfindung kann eine Unabhängigkeit der prozesstechnischen Parameter von den elektrotechnischen Parametern ermöglichen. So kann das Design der Rohrleitungen prozesstechnisch optimiert werden, insbesondere ohne Einschränkung durch die Elektrotechnik. Die Elektrotechnik kann optimiert werden, indem die gegebenen Parameter, also insbesondere der Widerstand der Rohrleitungen, in verschiedenen elektrotechnischen Verschaltungen zu optimalen Netzwerken zusammenschaltet werden. So kann es möglich sein höhere Spannung anzulegen bei gleichzeitiger Reduzierung der benötigten Komponenten.
Die Rohrleitungen können durchverbunden sein und somit ein Rohrsystem zur Aufnahme des Einsatzstoffes bilden. Der Begriff „Rohrsystem“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung aus mindestens zwei, insbesondere miteinander verbundenen, Rohrleitungen beziehen. Das Rohrsystem kann zu- und abführende Rohrleitungen aufweisen. Die Rohrleitungen können mit zu- und abführenden Rohrleitungen fluidleitend verbunden sind. Das Rohrsystem kann mindestens einen Einlass zur Aufnahme des Einsatzstoffes aufweisen. Das Rohrsystem kann mindestens einen Auslass zur Ausgabe des Einsatzstoffes aufweisen. Unter „durchverbunden“ kann verstanden werden, dass die Rohrleitungen miteinander in einer Fluidverbindung stehen. So können die Rohrleitungen derart angeordnet und verbunden sein, dass der Einsatzstoff die Rohrleitungen parallel zueinander durchströmt. Die Rohrleitungen können derart eingerichtet sein, einen Einsatzstoff parallel zu transportieren. Die Rohrleitungen können derart eingerichtet sein, unterschiedliche Einsatzstoffe parallel zu transportieren. Insbesondere können für einen Transport von verschiedenen Einsatzstoffen die parallel geschalteten Rohrleitungen, zueinander verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen. Insbesondere für den Transport eines Einsatzstoffes, können mehrere oder sämtliche der Rohrleitungen parallel konfiguriert sein, so dass der Einsatzstoff auf jene parallel konfigurierten Rohrleitungen aufteilbar ist. Auch eine Kombination von einer parallelen und seriellen Anordnung von Rohrleitungen ist denkbar. Beispielsweise kann die Vorrichtung eine Mehrzahl von Gruppen von parallel durchfließbaren Rohrleitungen aufweisen, welche wiederum seriell, insbesondere nacheinander in eine Flussrichtung, angeordnet sind.
Die Vorrichtung weist mindestens eine Strom- und/oder Spannungsquelle auf. Die Strom- und/oder die Spannungsquelle kann eine einphasige oder mehrphasige Wechselstrom- und/oder einphasige oder mehrphasige Wechselspannungsquelle oder eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle umfassen. Die Vorrichtung kann mindestens eine Zu- und Ableitung aufweisen, welcher die Strom- und/oder Spannungsquelle mit der Rohrleitung elektrisch verbindet.
Die Vorrichtung kann beispielsweise mindestens eine Wechselstrom- und/oder mindestens eine Wechselspannungsquelle aufweisen. Die Wechselstrom- und/oder eine Wechselspannungsquelle kann einphasig oder mehrphasig sein. Unter einer „Wechselstromquelle“ kann eine Stromquelle verstanden werden, welche eingerichtet ist, einen Wechselstrom bereitzustellen. Unter einer „Wechselstrom“ kann ein elektrischer Strom verstanden werden, dessen Polung sich in zeitlich regelmäßiger Wiederholung ändert. Beispielsweise kann der Wechselstrom ein sinusförmiger Wechselstrom sein. Unter einer „einphasigen“ Wechselstromquelle kann eine Wechselstromquelle verstanden werden, welche einen elektrischen Strom mit einer einzigen Phase bereitstellt. Unter einer „mehrphasigen“ Wechselstromquelle kann eine Wechselstromquelle verstanden werden, welche einen elektrischen Strom mit mehr als einer Phase bereitstellt. Unter einer „Wechselspannungsquelle“ kann eine Spannungsquelle verstanden werden, welche eingerichtet ist, eine Wechselspannung bereitzustellen. Unter einer „Wechselspannung“ kann eine Spannung verstanden werden, deren Höhe und Polarität sich zeitlich regelmäßig wiederholt. Beispielsweise kann die Wechselspannung eine sinusförmige Wechselspannung sein. Die von der Wechselspannungsquelle erzeugte Spannung bewirkt einen Stromfluss, insbesondere ein Fließen eines Wechselstroms. Unter einer „einphasigen“ Wechselspannungsquelle kann eine Wechselspannungsquelle verstanden werden, welche den Wechselstrom mit einer einzigen Phase bereitstellt. Unter einer „mehrphasigen“ Wechselspannungsquelle kann eine Wechselspannungsquelle verstanden werden, welche den Wechselstrom mit mehr als einer Phase bereitstellt.
Die Vorrichtung kann mindestens eine Gleichstrom- und/oder mindestens eine Gleichspannungsquelle aufweisen. Unter einer „Gleichstromquelle“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, einen Gleichstrom bereitzustellen. Unter einer „Gleichspannungsquelle“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, eine Gleichspannung bereitzustellen. Die Gleichstromquelle und/oder die Gleichspannungsquelle können eingerichtet sein, einen Gleichstrom in der Rohrleitung zu erzeugen. Unter „Gleichstrom“ kann ein in Stärke und Richtung im Wesentlichen konstanter elektrischer Strom verstanden werden. Unter einer „Gleichspannung“ kann eine im Wesentlichen konstante elektrische Spannung verstanden werden. Unter „im Wesentlichen konstant“ kann ein Strom oder eine Spannung verstanden werden, welcher dessen Schwankungen für die beabsichtigte Wirkung unwesentlich ist.
Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von Strom- und/oder Spannungsquellen aufweisen, wobei die Strom- und/oder Spannungsquellen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: einphasigen oder mehrphasigen Wechselstrom- und/oder einphasigen oder mehrphasigen Wechselspannungsquellen oder Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquellen, und einer Kombina- tion davon. Die Vorrichtung kann 2 bis M verschiedene Strom- und/oder Spannungsquellen aufweisen, wobei M eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die Strom- und/oder Spannungsquellen können mit oder ohne Regelungsmöglichkeit mindestens einer elektrischen Ausgangsgröße ausgestaltet sein. Die Strom- und/oder Spannungsquellen können unabhängig voneinander elektrisch regelbar sein. Die Strom- und/oder Spannungsquellen können identisch oder verschieden ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass Strom und/oder Spannung für verschiedene Zonen, insbesondere Heizzonen der Vorrichtung, einstellbar sind. Die Rohrleitungen können zu verschiedenen Temperaturbereichen oder Zonen gehören. Die Rohrleitungen selbst können ebenfalls Temperaturzonen aufweisen. Den einzelnen Rohrleitungen können eine oder mehrere Strom- bzw. Spannungsquellen zugeordnet sein. Die Strom- und/oder Spannungszufuhr kann beispielsweise durch Verwendung mindestens eines Reglers jeweils abhängig von der Reaktion und Verfahrenstechnik angepasst werden. Durch Verwenden einer Mehrzahl von Strom- und/oder Spannungsquellen kann für verschiedene Zonen insbesondere die Spannung variiert werden. So kann erreicht werden, dass der Strom nicht zu hoch wird, was in zu heißen Rohrleitungen resultieren würde oder umgekehrt zu kalten Rohrleitungen.
Die Strom- und/oder Spannungsquelle ist eingerichtet einen elektrischen Strom in den Rohrleitungen einzuprägen. Der Begriff „einprägen“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eines oder mehreres von einem Einspeisen, einem Zuführen, und einem Beaufschlagen beziehen.
Die Strom- und/oder Spannungsquelle kann verstellbar eingerichtet sein einen der erforderlichen Leistung entsprechenden Strom einzuspeisen. Die Vorrichtung kann mindestens einen Temperatursensor aufweisen, welche eingerichtet ist eine Temperatur mindestens einer der Rohrleitungen zu bestimmen. Der Temperatursensor kann ein elektrisches oder elektronisches Element umfassen, welches eingerichtet ist ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Temperatur zu erzeugen. Beispielsweise kann der Temperatursensor mindestens ein Element aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Heißleiter, einem Kaltleiter, einem Halbleiter-Temperatursensor, einem Temperaturfühler mit Schwingquarz, einem Thermoelement, einem pyroelektrischen Material, einem Pyrometer, einer Wärmebildkamera, einem ferromagnetischen Temperatursensor, einem faseroptischen Temperatursensor. Die Temperatur kann am Eingang und Ausgang des Einsatzstoffes in und/oder an der Rohrleitung gemessen werden. Beispielsweise kann an mehreren Stellen in der Rohrleitung gemessen werden, um die Temperatur über die Länge des Reaktors zu bestimmen und anzupassen für eine optimale Prozessführung. Regelung für die Temperatur kann über mindestens ein Reglungsglied erfolgen. Dieses kann beispielswiese bei einem sogenannten Hotspot die Strom- oder Spannungszufuhr ausschalten. Bei zu geringer Temperatur kann die Regelung die Strom- oder Spannungszufuhr erhöhen. Der Temperatursensor kann mit einer Funkverbindung oder einer festen Verbindung mit der Regelung verbunden sein. Die Regelung kann mit einer Funkverbindung oder einer festen Verbindung mit der Strom- oder Spannungsquelle verbunden sein. Die Vorrichtung kann mindestens eine Steuerungseinheit aufweisen, welche eingerichtet ist die Strom- oder Spannungsquelle abhängig von einer mit dem Temperatursensor gemessenen Temperatur oder einer äquivalenten Messgröße zu regeln. Unter einer „Steuerungseinheit“ kann dabei allgemein eine elektronische Vorrichtung verstanden sein, welche eingerichtet ist, um mindestens ein Element der Vorrichtung zusteuern und/oder zu regeln. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit eingerichtet sein, um von dem Temperatursensor erzeugte Signale auszuwerten und die Stromoder Spannungsquelle in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur zu regeln. Beispielsweise können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen dem Temperatursensor und der Steuerungseinheit vorgesehen sein. Die Steuerungseinheit kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um den Temperatursensor anzusteuern. Die Steuerungseinheit kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine- Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/ Ausgabe-Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Steuerungseinheit kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die Steuerungseinheit kann mindestens einen A/D-Wandler aufweisen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein zu einer online-Tempera- turmessung. Unter einer „online-Temperaturmessung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Messung der Temperatur mit dem mindestens einem Temperatursensor verstanden werden, welche während des Transports und/oder der Reaktion des Einsatzstoffes in der Rohrleitung erfolgt. So kann eine Regelung der Temperatur während des Betriebs erfolgen. Insbesondere kann eine Temperaturmessung und Regelung über eine Reaktorlänge erfolgen.
Jede der Rohrleitungen weist ein erstes Ende und ein zweites Ende auf. Der Begriff „Ende“ der Rohrleitung, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Einlass oder einen Auslass beziehen. An dem ersten Ende und dem zweiten Ende ist mindestens ein elektrischer Isolator angeordnet, so dass die jeweilige Rohrleitung und mindestens eine zuführende Rohrleitung und mindestens eine abführende Rohrleitung galvanisch voneinander getrennt sind. Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von elektrischen Isolatoren aufweisen. Die galvanische Trennung zwischen den jeweiligen Rohrleitungen und den zu- und abführenden Rohrleitungen kann durch die elektrischen Isolatoren gewährleistet sein. Der Begriff „galvanisch voneinander getrennt“ der Rohrleitung, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Trennung der Rohrleitung und der zu- und abführenden Rohrleitungen beziehen, derart dass keine elektrische Leitung und/oder eine tolerierbare elektrische Leitung zwischen den Rohrleitungen und den zu- und abführenden Rohrleitungen erfolgt.
Der Begriff „elektrischer Isolator“ der Rohrleitung, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Nichtleiter oder einen Schlechtleiter beziehen. Der elektrische Isolator kann eine elektrotechnische Isolierung bereitstellen. Der elektrische Isolator kann einen für das jeweils betrachtete elektrische System minimalen Gesamtwiderstand von 100 kQ bis 1000 MQ, bevorzugt von 300 kQ bis 300 MQ, besonders bevorzugt von 1 M bis 100 MQ, bei 900 °C aufweisen, wobei das betrachtete elektrische System jeweils das Stromversorgungsmodul ist. Der elektrische Isolator kann beispielsweise einen für das jeweils betrachtete elektrische System minimalen Gesamtwiderstand von 300 kQ bei 900 °C aufweisen.
Der elektrische Isolator kann eingerichtet sein in einem Hochtemperaturbereich, insbesondere bei Temperaturen zwischen 500-1400 °C, eine elektrotechnische Isolierung bereitzustellen. Der elektrische Isolator kann temperaturwechselbeständig gemäß DIN EN 993-11 ausgestaltet sein.
Der elektrische Isolator kann einen freien Durchfluss des Einsatzstoffes bereitstellen. Der elektrische Isolator an dem ersten Ende kann eingerichtet sein einen Durchfluss des Einsatzstoffes von einer zuführenden Rohrleitung zu der Rohrleitung bereitzustellen. Der elektrische Isolator an dem zweiten Ende kann eingerichtet sein einen Durchfluss des Einsatzstoffes von der Rohrleitung zu einer abführenden Rohrleitung bereitzustellen. Der elektrische Isolator kann eingerichtet sein eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten Ende der Rohrleitung und einer zuführenden Rohrleitung bereitzustellen. Der elektrische Isolator kann eingerichtet sein eine fluidische Verbindung zwischen dem zweiten Ende der Rohrleitung und einer abführenden Rohrleitung bereitzustellen.
Bei bekannten Isolatoren kann ein Problem im Hinblick auf die dauerhafte Dichtigkeit auftreten, insbesondere wenn sich die Materialien hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheiden, beispielsweise bei einem Verbund von Keramik und Metall mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Der erfindungsgemäße elektrische Isolator kann eingerichtet sein einen vernachlässigbaren oder sogar keinen Druckverlust in der Vorrichtung zu gewährleisten. Der elektrische Isolator kann eingerichtet sein eine Druckverlustfreie, auch als Leckagefrei bezeichnet, fluidische Verbindung in einem Druckbereich von 0 bis 50 bar, insbesondere von 0 bis 10 bar, bereitzustellen, wobei unter Druckverlustfrei ein vernachlässigbarer Druckverlust oder kein Druckverlust zu verstehen ist. Der elektrische Isolator kann beständig bei Druck- differenzen bis ca. 100 bar sein. Beispielsweise kann der elektrische Isolator beständig bei einem Absolutdruck von 300 mbar bis 100 bar, bevorzugt 1 bar bis 50 bar, besonders bevorzugt von 1 ,5 bar bis 30 bar, sein.
Der elektrische Isolator kann mindestens ein geeignetes Material aufweisen, welche die genannten Bedingungen erfüllt. Beispielsweise kann der elektrische Isolator mindestens ein Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen Werkstoffen, glasartigen Werkstoffen, glasfaserverstärkten Werkstoffen, kunststoffartigen Werkstoffen oder harzartigen Werkstoffen. Der elektrische Isolator kann beispielsweise mindestens eine Mischung aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus: Binäre und ternäre Mischungen aus Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und Yttriumoxid (z.B. Zirkoniumoxidverstärktes Aluminiumoxid); Mischungen aus Siliziumcarbid und Aluminiumoxid; Mischungen aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid (MgO-Spinell); Mischungen aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid (Mullit); Mischung aus Aluminium- und Magnesiumsilikate, Ternäre Mischung aus Aluminiumoxid, Siliziumoxid und Magnesiumoxid (Cordierit); Steatit (Magnesiumsilikat); Zrikonoxid-verstärktes Aluminiumoxid; Stabilisiertes Zirkoniumoxid (ZrC>2): Stabilisatoren in Form von Magnesiumoxid (MgO), Calciumoxid (CaO) oder Yttriumoxid (Y2O3), gegebenenfalls kommen auch Ceroxid (CeÜ2), Scandiumoxid (ScOs) oder Ytterbiumoxid (YbOs) als Stabilisatoren zum Einsatz; ferner Aluminiumtita- nat (stöchiometrische Mischung von Aluminiumoxid und Titanoxid); Siliziumnitrid und Aluminiumoxid (Siliziumaluminiumoxinitride SIALON).
Als zirkoniumoxidverstärktes Aluminiumoxid wird vorteilhaft AI2O3 mit 10 bis 20 Mol-% ZrO2 eingesetzt. Zur Stabilisierung von ZrO2 kann vorteilhaft 10 bis 20 Mol-% CaO, bevorzugt 16 Mol-%, 10 bis 20 Mol-% MgO, bevorzugt 16, oder 5 bis 10 Mol-% Y2O3, bevorzugt 8 Mol-% ("vollstabilisiertes Zirkonoxid") oder 1 bis 5 Mol-% Y2O3, bevorzugt 4 Mol-% ("teilstabilisiertes Zirkonoxid") verwendet werden. Als ternäre Mischung sind z.B. 80% AI2O3, 18,4% ZrO2 und 1 ,6% Y2O3 vorteilhaft.
Der elektrische Isolator kann eingerichtet sein, Potentialanhebungen und Leck-Ströme auf der Rohrleitung zu verhindern. Damit kann die Versorgungsspannung der Rohrleitungen ohne Berücksichtigung von unerwünschten Potentialen und Leck-Strömen auf metallischen Anlagenteilen außerhalb einem Erhitzungsbereich der Vorrichtung gewählt werden. Beispielsweise kann die Versorgungsspannung im Niederspannungsbereich bis etwa 1000 V betragen. Beispielsweise kann die Versorgungsspannung im Mittelspannungsbereich > 1 kV bis ca. 30 kV betragen.
Die einzelnen Rohrleitungen sind in einer Reihenschaltung elektrisch miteinander verschaltet. Der Begriff „Reihenschaltung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine elektrotechnische Hintereinanderschal- tung der Rohrleitung in einer Schaltung beziehen. Beispielsweise kann eine elektrische Verbindung zwischen den Rohrleitungen vorgesehen sein. Die Strom- und/oder Spannungsquelle kann beispielsweise mit einer ersten Rohrleitung verbunden sein, welche seriell mit den weiteren Rohrleitungen mittels elektrischer Verbindungen verbunden ist. Die zuführende Rohrleitung und die abführende Rohrleitung kann mittels der elektrischen Isolatoren, wie oben beschrieben, von den prozesstechnischen (oder parallel von dem Einsatzstoff durchfließbar) seriell verschal- teten Rohrleitungen, galvanisch getrennt sein. Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von seriell verschalteten Rohrleitungen aufweisen. Durch eine Verwendung der elektrischen Isolatoren kann die Anzahl der hintereinandergeschalteten Rohrleitungen prinzipiell beliebig sein. Beispielsweise können ca. 5 Rohrleitungen seriell verschaltet sein, insbesondere im Fall des Niederspannungsbereichs. Beispielsweise können für 30 kV entsprechend auch bis zu 150 Rohrleitungen seriell verschaltet sein.
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Verbesserung von bekannten Anlagendesigns von elektrischen Öfen im Hinblick auf eine Erhöhung einer eingetragenen Leistung und gleichzeitiger Reduzierung eines Platz- und Installationsbedarfs für Schaltanlagen, Trafos usw. vor. Dieses ist möglich durch eine Kombination prozesstechnischer Parallelisierung der Rohrleitung und einer seriellen elektrischen Verschaltung der Rohrleitungen unter Verwendung von galvanischen Isolatoren. Ohne galvanische Isolierung ist eine maximal anlegbare Spannung auf niedrige Werte limitiert, die, auch im Fehlerfall, beherrschbar sein müssen. Die Verwendung von elektrisch, verfahrenstechnisch und mechanisch geeigneten Isolatoren ermöglicht nun eine Erhöhung der anlegbaren Spannung, bspw. um eine Größenordnung. Diese Erhöhung der Spannung erfolgt mit einer elektrische Serialisierung der Rohrleitung, wobei diese Art der Verschaltung eine Reduzierung eines Platz- und Installationsbedarfs erlaubt. Die prozesstechnische Parallelisierung kann weiter kurze Verweilzeiten ermöglichen und so zu hoher Selektivität und Ausbeute von Wertkomponenten führen. WO 2021/160777 A1 beschreibt auf Seite 16, Zeilen 5 bis 13 keine elektrische Serialisierung der Rohrleitungen. Eine Kombination von prozesstechnischer Parallelisierung der Rohrleitung und einer seriellen elektrischen Verschaltung der Rohrleitungen wird somit nicht offenbart. Eine derartige Kombination ermöglicht die genannte Optimierung des bekannten Anlagendesigns von elektrischen Öfen.
In einem weiteren Aspekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Anlage umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgeschlagen. Die Anlage kann eine Mehrzahl von Vorrichtungen aufweisen. Die Vorrichtungen können seriell und/oder parallel zueinander elektrisch verschaltet sein. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Anlage wird auf die Beschreibung der Vorrichtung weiter oben oder unten verwiesen.
Die Anlage umfasst mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung und mindestens ein Stromversorgungsmodul. Das Stromversorgungsmodul weist mindestens eine Spannungsanpassung auf, welche eingerichtet ist eine der Leistungsanforderung entsprechende Netzeingangsmittel- oder Hochspannung in eine von der Vorrichtung verwendbare Ausgangsspannung zu transformieren und der Strom- und/oder Spannungsquelle bereitzustellen.
Der Begriff „Stromversorgungsmodul“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Einheit der Anlage beziehen, welche eingerichtet ist, eine von der Strom- und/oder Spannungsquelle der Vorrichtung verwendbare Ausgangsspannung bereitzustellen. Das Stromversorgungsmodul kann eingerichtet sein eine Netzeingangsmittel- oder Hochspannung zu empfangen und in die notwendige Ausgangsspannung zu transformieren. Das Stromversorgungsmodul kann mindestens einen Drehstromsteller und/oder verstellbaren Gleichrichter mit mindestens einem Transformator und/oder einen Stelltransformator aufweisen. Beispielsweise kann das Stromversorgungsmodul einen Mittelspannungs-Transformator und eine Thyristoranlage aufweisen. Beispielsweise kann für eine 12 MW Niederspannung das Stromversorgungsmodul einen MS-Trafo 10 kV/ 950 V, 12 MVA und eine Thyristoranlage aufweisen. Gegenüber bekannten Stromversorgungsvorrichtungen kann das erfindungsgemäße Stromversorgungsmodul somit eine reduzierte Anzahl von elektrischen Komponenten aufweisen. Die Netzeingangsmittel- oder Hochspannung kann beispielsweise per Kabel aus einer weiter entfernter Schaltanlage bereitgestellt werden. Jeder Vorrichtung der Anlage kann ein Stromversorgungsmodul zugeordnet sein. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich. Insbesondere durch die Reduzierung der benötigten Komponenten kann das Stromversorgungsmodul kompakt ausgestaltet sein. Das Stromversorgungsmodul kann eine Höhe h von 2m > h > 5m, eine Breite b von 4m > b > 7m und eine Tiefe t von 2m > t > 5m aufweisen. Das Stromversorgungsmodul kann in einer Außenaufstellung in direkter Nähe der Vorrichtung bzw. am Ofen angeordnet sein.
Die Anlage kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren, einer Vorrichtung zur Acetylenherstellung aus Kohlenwasserstoffen.
Die Vorrichtung und die Anlage weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen eine Vielzahl von Vorteilen auf. Durch Parallelisierung der prozesstechnischen Rohrleitungen kann kurze Verweilzeiten und so eine hohe Selektivität und/oder Ausbeute von Wertkomponenten ermöglichen. Eine prozesstechnische serielle Schaltung von Rohrleitungen hingegen hätte den Nachteil von schlechten Ausbeuten und Selektivitäten. Die elektrotechnische Serienschaltung kann hohe Spannungen (»690 V statt -100V) ermöglichen. Die vorliegende Erfindung kann eine Erhöhung der anlegbaren Spannung und damit die einprägbare Leistung um eine Größenordnung ermöglichen. Weiter kann weniger elektrisches Equipment, Ressourcenschonung (weniger Cu Schienen), Erhöhung der Verfügbarkeit, da weniger Equipment mit potentiellen Fehlern, Kos- teneffizenz, und eine Reduzierung des Platzbedarfs für Transformatoren in Anlagen ermöglicht werden.
Zusammenfassend sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung folgende Ausführungsformen besonders bevorzugt:
Ausführungsform 1 Vorrichtung zum Erhitzen eines Einsatzstoffes, wobei die Vorrichtung eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Rohrleitungen zur Aufnahme des Einsatzstoffs umfasst, wobei die Rohrleitungen parallel von dem Einsatzstoff durchfließbar angeordnet sind, wobei die Vorrichtung mindestens eine Strom- und/oder Spannungsquelle aufweist, welche eingerichtet ist einen elektrischen Strom in den Rohrleitungen einzuprägen, welcher die Rohrleitungen durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Einsatzstoffes erwärmt, wobei jede der Rohrleitungen ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei an dem ersten Ende und dem zweiten Ende mindestens ein elektrischer Isolator angeordnet ist, so dass die jeweilige Rohrleitung und mindestens eine zuführende Rohrleitung und mindestens eine abführende Rohrleitung galvanisch voneinander getrennt sind, wobei die einzelnen Rohrleitungen in einer Reihenschaltung elektrisch miteinander verschaltet sind.
Ausführungsform 2 Vorrichtung nach dem vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eingerichtet ist den Einsatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 1700 °C, bevorzugt 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt 400 °C bis 875 °C, zu erwärmen.
Ausführungsform 3 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Temperatursensor aufweist, welcher eingerichtet ist eine Temperatur mindestens einer der Rohrleitungen zu bestimmen, wobei die Vorrichtung mindestens eine Steuerungseinheit aufweist, welche eingerichtet ist die Strom- oder Spannungsquelle abhängig von einer mit dem Temperatursensor gemessenen Temperatur oder einer äquivalenten Messgröße zu regeln.
Ausführungsform 4 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom- und/oder Spannungsquelle eine einphasige oder mehrphasige Wechselstrom- und/oder einphasige oder mehrphasige Wechselspannungsquelle oder eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle umfasst. Ausführungsform 5 Vorrichtung nach dem vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom- und/oder Spannungsquelle verstellbar eingerichtet ist einen der erforderlichen Leistung entsprechenden Strom einzuspeisen.
Ausführungsform 6 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Isolator mindestens ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen Werkstoffen, glasartigen Werkstoffen, glasfaserverstärkten Werkstoffen, kunststoffartigen Werkstoffen oder harzartigen Werkstoffen.
Ausführungsform 7 Vorrichtung nach dem vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Isolator einen für das jeweils betrachtete elektrische System minimalen Gesamtwiderstand von100 kQ bis 1000 MQ, bevorzugt von 300 kQ bis 300 MQ, besonders bevorzugt von 1 MQ bis 100 MQ, bei 900 °C aufweist.
Ausführungsform 8 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen symmetrische oder unsymmetrische Rohre und/oder eine Kombination davon aufweisen, und/oder wobei die Rohrleitungen unterschiedlich hinsichtlich Durchmesser, und/oder Länge, und/oder Geometrie ausgestaltet sind.
Ausführungsform 9 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen mit den zu- und abführenden Rohrleitungen fluidleitend verbunden sind.
Ausführungsform 10 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen durchverbunden sind und somit ein Rohrsystem zur Aufnahme des Einsatzstoffes bilden oder dass die Rohrleitungen fluidisch getrennt voneinander ausgestaltet sind.
Ausführungsform 11 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstoff ein thermisch zu spaltender Kohlenwasserstoff und/oder ein Gemisch ist.
Ausführungsform 12 Anlage umfassend mindestens eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen und mindestens ein Stromversorgungsmodul, wobei das Stromversorgungsmodul mindestens eine Spannungsanpassung aufweist, welche eingerichtet ist eine der Leistungsanforderung entsprechende Netzeingangsmittel- oder Hochspannung in eine von der Vorrichtung verwendbare Ausgangsspannung zu transformieren und der Strom- und/oder Spannungsquelle bereitzustellen. Ausführungsform 13 Anlage nach dem vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Mehrzahl von Vorrichtungen aufweist.
Ausführungsform 14 Anlage nach dem vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen seriell und/oder parallel zueinander elektrisch verschaltet sind.
Ausführungsform 15 Anlage nach einem der zwei vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorrichtung ein Stromversorgungsmodul zugeordnet ist.
Ausführungsform 16 Anlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromversorgungsmodul eine Höhe h von 2m > h > 5m, eine Breite b von 4m > b > 7m und eine Tiefe t von 2m > t > 5m aufweist.
Ausführungsform 17 Anlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamrefor- mer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethyl- benzoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren, einer Vorrichtung zur Acetylenherstellung aus Kohlenwasserstoffen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen:
Figur 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figuren 3A bis3C weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 4 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage; und
Figur 5 ein Beispiel für eine Verbindung einer Rohrleitung und eines elektrischen Isolators.
Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 zum Erhitzen eines Einsatzstoffes. Insbesondere soll die Vorrichtung 110 einsetzbar sein in einer Anlage 112, beispielsweise in einer in Figur 4 gezeigten Anlage. Die Anlage 112 kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren, einer Vorrichtung zur Acetylenherstellung aus Kohlenwasserstoffen.
Der Einsatzstoff ein grundsätzlich beliebiges Material sein. Der Einsatzstoff kann mindestens ein Material aufweisen, aus welchem Reaktionsprodukte erzeugt und/oder hergestellt werden können, insbesondere durch mindestens eine chemische Reaktion. Der Einsatzstoff kann insbesondere ein Edukt sein, mit welchem eine chemische Reaktion durchgeführt werden soll. Der Einsatzstoff kann flüssig oder gasförmig sein. Der Einsatzstoff kann ein thermisch zu spaltender Kohlenwasserstoff und/oder ein Gemisch sein. Der Einsatzstoff kann mindestens ein Element aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Methan, Ethan, Propan, Butan, Naphtha, Ethylbenzol, Gasöl, Kondensate, Bioflüssigkeiten, Biogase, Pyrolyseöle, Abfallöle und Flüssigkeiten aus nachwachsenden Rohstoffen. Bioflüssigkeiten können beispielsweise Fette oder Öle oder deren Derivate aus nachwachsenden Rohstoffen sein, beispielsweise Bioöl oder Biodiesel. Auch andere Einsatzstoffe sind denkbar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird exemplarisch Bezug genommen auf Fluide, stellvertretend für jedes der anderen aufgeführten Einsatzstoffe.
Das Erhitzen des Einsatzstoffes kann eine Änderung einer Temperatur des Einsatzstoffes umfassen, insbesondere einen Anstieg der Temperatur des Einsatzstoffes, beispielsweise zu einem Erwärmen des Einsatzstoffes. Der Einsatzstoff kann beispielsweise durch das Erhitzen bis zu einem vorgegebenen oder vorbestimmten Temperaturwert erwärmt werden. Die Vorrichtung 110 kann eingerichtet sein den Einsatzstoff auf eine T emperatur im Bereich von 200 °C bis 1700 °C, bevorzugt 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt 400 °C bis 875 °C, zu erwärmen. Das Erhitzen des Einsatzstoffes kann elektrisch erfolgen, insbesondere rein elektrisch. Die Vorrichtung kann als elektrischer Ofen verwendet werden. Aber auch andere Ausführungsformen sind denkbar. Auch eine Nutzung als Hybrid-Ofen kann möglich sein, beispielsweise betrieben mit Gas, Strom, oder Gas und Strom.
Die Vorrichtung 110 umfasst eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Rohrleitungen 114 zur Aufnahme des Einsatzstoffs. Die Rohrleitungen 114 sind parallel von dem Einsatzstoff durchfließbar angeordnet. Die Rohrleitung 114 kann mindestens ein Rohr und/oder mindestens ein Rohrleitungssegment und/oder mindestens eine Rohrleitungsschlange umfassen. Ein Rohrleitungssegment kann ein Teilbereich einer Rohrleitung sein. Die Rohrleitung 114 kann für einen Transport des Einsatzstoffes von einem ersten Ende 116 der Rohrleitung 114 zu einem zweiten Ende 118 der Rohrleitung 114 eingerichtet sein. Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material der Rohrleitungen können abhängig von einem aufzunehmenden Einsatzstoff sein.
Die Rohrleitungen 114 können zur Durchführung mindestens einer Reaktion und/oder Erwärmung des Einsatzstoffes eingerichtet sein. Die Vorrichtung 110, insbesondere die Rohrleitungen 114 können deshalb auch als Reaktor oder Ofen, insbesondere elektrischer Ofen, bezeichnet werden. Beispielsweise kann die Rohrleitung 114 mindestens ein Reaktionsrohr sein und/oder aufweisen, in welchem mindestens eine chemische Reaktion ablaufen kann. Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material der Rohrleitungen können auch abhängig von einer gewünschten Reaktion und/oder Vermeidung einer bestimmten Reaktion gewählt werden. Die Reaktion kann in der Rohrleitung 114 erfolgen und/oder außerhalb der Rohrleitung 114. Die Reaktion kann eine endotherme Reaktion sein. Die Reaktion kann eine nicht endotherme Reaktion sein. Die Reaktion kann beispielsweise eine Vorwärmung oder eine Aufwärmung sein. Insbesondere kann der Einsatzstoff in der Rohrleitung 114 erhitzt werden.
Die Rohrleitungen 114 sind elektrisch leitfähig. Die Rohrleitung 114 kann einen spezifischen elektrischen Widerstand von kleiner 10 1 Q m aufweisen. Der spezifische elektrische Widerstand bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf den spezifischen elektrischen Widerstand bei Raumtemperatur. Die Rohrleitung 114 kann einen spezifischen elektrischen Widerstand p von 1 *108 m < p < 10 1 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung 114 aus einem oder mehreren von Metallen und Legierungen wie Kupfer, Aluminium, Eisen, Stahl- oder Cr-, Ni-Legierungen, Graphit, Carbon, Carbide, Silizide hergestellt sein und/oder diese aufweisen. Die Rohrleitung 114 kann mindestens ein Material aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ferritischen oder austenitischen Werkstoffen. Beispielsweise kann die Rohrleitung aus einer CrNi Legierung hergestellt sein und/oder diese aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung aus mindestens einem Metall hergestellt sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 1 *108 bis 200*108 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung 114 aus Metall-Silizid hergestellt sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 1 *10’8 - 200*1 O’8 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung 114 aus Metall-Carbid hergestellt sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 20*108 - 5.000 »I O 8 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung 114 aus Kohlenstoff hergestellt sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 50.000 »I O 8 -100.000*108 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung 114 aus Graphit hergestellt sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 5.000*108 -100.000* 108 m aufweisen. Beispielsweise kann die Rohrleitung 114 aus B-Carbid sein und einen spezifischen elektrischen Widerstand von 10 1 - 10’2 aufweisen.
Die Vorrichtung 110 umfasst eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Rohrleitungen 114. Die Vorrichtung 110 kann I Rohrleitungen 114 aufweisen, wobei I eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 mindestens zwei, drei, vier, fünf oder auch mehr Rohrleitungen 114 aufweisen. Die Vorrichtung 110 kann beispielsweise bis zu hundert Rohrleitungen 114 aufweisen. Die Rohrleitungen 114 können identisch oder verschieden ausgestaltet sein. Die Rohrleitungen 114 können unterschiedlich hinsichtlich Durchmesser, und/oder Länge, und/oder Geometrie ausgestaltet sein.
Die Rohrleitungen 114 sind parallel von dem Einsatzstoff durchfließbar angeordnet. Die Rohrleitung 114 können zumindest teilweise parallel zueinander angeordnet sein. Eine Gesamtflussrichtung des Einsatzstoffes durch die jeweilige Rohrleitungen 114 kann parallel zu einer Gesamtflussrichtung des Einsatzstoffes in den anderen Rohrleitungen 114 sein, wobei Abweichungen von einer parallelen Anordnung in Teilbereichen der jeweiligen Rohrleitung 114 möglich sind.
Die Rohrleitungen 114 können durchverbunden sein und somit ein Rohrsystem zur Aufnahme des Einsatzstoffes bilden. Das Rohrsystem kann zu- und abführende Rohrleitungen 120, 122 aufweisen. Eine Prozessrichtung (hier identisch mit der Gesamtflussrichtung) ist mit den Pfeilen 124 gekennzeichnet. Die Rohrleitungen 114 können mit zu- und abführenden Rohrleitungen 120, 122 fluidleitend verbunden sind. Das Rohrsystem kann mindestens einen Einlass zur Aufnahme des Einsatzstoffes aufweisen. Das Rohrsystem kann mindestens einen Auslass zur Ausgabe des Einsatzstoffes aufweisen. Die Rohrleitungen 114, 120, 122 stehen miteinander in einer Fluidverbindung. So können die Rohrleitungen 114 derart angeordnet und verbunden sein, dass der Einsatzstoff die Rohrleitungen parallel zueinander durchströmt. Die Rohrleitungen 114 können derart eingerichtet sein, einen Einsatzstoff parallel zu transportieren. Die Rohrleitungen 114 können derart eingerichtet sein, unterschiedliche Einsatzstoffe parallel zu transportieren. Insbesondere können für einen Transport von verschiedenen Einsatzstoffen die parallel geschalteten Rohrleitungen 114, zueinander verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen. Insbesondere für den Transport eines Einsatzstoffes, können mehrere oder sämtliche der Rohrleitungen 114 parallel konfiguriert sein, so dass der Einsatzstoff auf jene parallel konfigurierten Rohrleitungen aufteilbar ist. Auch eine Kombination von einer parallelen und seriellen Anordnung von Rohrleitungen 114 ist denkbar. Beispielsweise kann die Vorrichtung eine Mehrzahl von Gruppen von parallel durchfließbaren Rohrleitungen 114 aufweisen, welche wiederum seriell, insbesondere nacheinander in eine Flussrichtung, angeordnet sind.
Die Vorrichtung 110 weist mindestens eine Strom- und/oder Spannungsquelle 126 auf, welche eingerichtet ist einen elektrischen Strom in den Rohrleitungen 114 einzuprägen, welcher die Rohrleitungen 114 durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Einsatzstoffes erwärmt. In Figur 1 ist die Strom- und/oder die Spannungsquelle 126 rein schematisch gezeigt. Die Strom- und/oder die Spannungsquelle 126 kann eine einphasige oder mehrphasige Wechselstrom- und/oder einphasige oder mehrphasige Wechselspannungsquelle oder eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle umfassen. Die Vorrichtung 110 kann mindestens eine Zu- und Ableitung aufweisen, welcher die Strom- und/oder Spannungsquelle 126 mit der Rohrleitung 114 elektrisch verbindet.
In Figur 2 ist exemplarisch ein Ausführungsbeispiel gezeigt, in welcher die Strom- und/oder die Spannungsquelle 126 kann eine mehrphasige Wechselstrom- und/oder mehrphasige Wechselspannungsquelle ist. Drei seriell angeordnete Gruppen von Rohrleitungen 114 werden gezeigt, wobei in den jeweiligen Gruppen die Rohrleitungen 114 parallel von dem Einsatzstoff durchfließbar angeordnet sind. Die drei Außenleiter werden mit L1 , L2 und L3 und der Neutralleiter wird mit N bezeichnet. Auch eine mehrphasige Wechselstrom- oder Wechselspannungsquelle ist denkbar mit nx3 Leitern. Hinsichtlich der weiteren Beschreibung der Figur 2 wird auf die Beschreibung der Figur 1 verwiesen.
In den Figuren 3 sind weitere Ausführungsbeispiele mit weiteren elektrotechnischen Schaltmöglichkeiten der Rohrleitungen 114 bzw. Gruppen von Rohrleitungen 114 gezeigt. Figur 3A zeigt eine Einzelversorgung der Gruppen von parallelen Rohrleitungen. Figur 3B zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welcher die Gruppen von Rohrleitungen parallelisiert versorgt werden. Die Rohrleitungen sind als Einzelrohrleitungen ausgestaltet. Figur 3C zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem die einzelnen Rohrleitungen parallelisiert versorgt werden. Die Rohrleitungen sind als Doppelrohrleitungen ausgestaltet. Die Strom- und/oder die Spannungsquelle 126 kann jeweils als Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle oder als Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle ausgestaltet sein.
Die Strom- und/oder Spannungsquelle 126 kann verstellbar eingerichtet sein einen der erforderlichen Leistung entsprechenden Strom einzuspeisen. Wie schematisch in Figur 1 gezeigt, kann die Vorrichtung 110 mindestens einen Temperatursensor 128 aufweisen, welche eingerichtet ist eine Temperatur mindestens einer der Rohrleitungen zu bestimmen. Der Temperatursensor 128 kann ein elektrisches oder elektronisches Element umfassen, welches eingerichtet ist ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Temperatur zu erzeugen. Beispielsweise kann der Temperatursensor 128 mindestens ein Element aufweisen ausgewählt aus der Gruppe beste- hend aus: einem Heißleiter, einem Kaltleiter, einem Halbleiter-Temperatursensor, einem Temperaturfühler mit Schwingquarz, einem Thermoelement, einem pyroelektrischen Material, einem Pyrometer, einer Wärmebildkamera, einem ferromagnetischen Temperatursensor, einem faseroptischen Temperatursensor. Die Temperatur kann am Eingang und Ausgang des Einsatzstoffes in und/oder an der Rohrleitung 114 gemessen werden. Beispielsweise kann an mehreren Stellen in der Rohrleitung 114 gemessen werden, um die Temperatur über die Länge des Reaktors zu bestimmen und anzupassen für eine optimale Prozessführung. Regelung für die Temperatur kann über mindestens ein Reglungsglied erfolgen. Dieses kann beispielswiese bei einem sogenannten Hotspot die Strom- oder Spannungszufuhr ausschalten. Bei zu geringer Temperatur kann die Regelung die Strom- oder Spannungszufuhr erhöhen. Der Temperatursensor 128 kann mit einer Funkverbindung oder einer festen Verbindung mit der Regelung verbunden sein. Die Regelung kann mit einer Funkverbindung oder einer festen Verbindung mit der Strom- oder Spannungsquelle 126 verbunden sein. Die Vorrichtung 110 kann mindestens eine Steuerungseinheit 130 aufweisen, welche eingerichtet ist die Strom- oder Spannungsquelle 126 abhängig von einer mit dem Temperatursensor 128 gemessenen Temperatur oder einer äquivalenten Messgröße zu regeln. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 130 eingerichtet sein, um von dem Temperatursensor erzeugte Signale auszuwerten und die Strom- oder Spannungsquelle 126 in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur zu regeln. Beispielsweise können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen dem Temperatursensor 128 und der Steuerungseinheit 130 vorgesehen sein. Die Steuerungseinheit 130 kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer oder Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um den Temperatursensor 128 anzusteuern. Die Steuerungseinheit 130 kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Ma- schine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/ Ausgabe-Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Steuerungseinheit 130 kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die Steuerungseinheit 130 kann mindestens einen A/D-Wandler aufweisen. Die Vorrichtung 110 kann eingerichtet sein zu einer online-Temperaturmessung. So kann eine Regelung der Temperatur während des Betriebs erfolgen. Insbesondere kann eine Temperaturmessung und Regelung über eine Reaktorlänge erfolgen.
Jede der Rohrleitungen 114 weist ein erstes Ende 116 und ein zweites Ende 118 auf. An dem ersten Ende 116 und dem zweiten Ende 118 ist mindestens ein elektrischer Isolator 132 angeordnet, so dass die jeweilige Rohrleitung 114 und mindestens eine zuführende Rohrleitung 120 und mindestens eine abführende Rohrleitung 122 galvanisch voneinander getrennt sind. Die Vorrichtung 110 kann eine Mehrzahl von elektrischen Isolatoren 132 aufweisen. Die galvanische Trennung zwischen den jeweiligen Rohrleitungen 114 und den zu- und abführenden Rohr- leitungen 120, 122 kann durch die elektrischen Isolatoren 132 gewährleistet sein. Die galvanische Trennung kann derart sein, dass keine elektrische Leitung und/oder eine tolerierbare elektrische Leitung zwischen den Rohrleitungen 114 und den zu- und abführenden Rohrleitungen 120, 122 erfolgt.
Der elektrische Isolator 132 kann ein Nichtleiter oder ein Schlechtleiter sein. Der elektrische Isolator 132 kann eine elektrotechnische Isolierung bereitstellen. Der elektrische Isolator 132 kann einen minimalen Widerstand von 100 kQ bis 1000 MQ, bevorzugt von 300 kQ bis 300 MQ, besonders bevorzugt von 1 M bis 100 MQ, bei 900 °C aufweisen, wobei das betrachtete elektrische System jeweils das Stromversorgungsmodul ist. Der elektrische Isolator kann beispielsweise einen für das jeweils betrachtete elektrische System minimalen Gesamtwiderstand von 300 kQ bei 900 °C aufweisen.
Der elektrische Isolator 132 kann eingerichtet sein in einem Hochtemperaturbereich, insbesondere bei Temperaturen zwischen 500-1400 °C, eine elektrotechnische Isolierung bereitzustellen. Der elektrische Isolator 132 kann temperaturwechselbeständig gemäß DIN EN 993-11 ausgestaltet sein.
Der elektrische Isolator 132 kann einen freien Durchfluss des Einsatzstoffes bereitstellen. Der elektrische Isolator 132 an dem ersten Ende 116 kann eingerichtet sein einen Durchfluss des Einsatzstoffes von einer zuführenden Rohrleitung 120 zu der Rohrleitung 114 bereitzustellen. Der elektrische Isolator 132 an dem zweiten Ende 118 kann eingerichtet sein einen Durchfluss des Einsatzstoffes von der Rohrleitung 114 zu einer abführenden Rohrleitung 122 bereitzustellen. Der elektrische Isolator 132 kann eingerichtet sein eine fluidische Verbindung zwischen dem ersten Ende 116 der Rohrleitung 114 und einer zuführenden Rohrleitung 120 bereitzustellen. Der elektrische Isolator 132 kann eingerichtet sein eine fluidische Verbindung zwischen dem zweiten Ende 118 der Rohrleitung 114 und einer abführenden Rohrleitung 122 bereitzustellen.
Bei bekannten Isolatoren kann ein Problem im Hinblick auf die dauerhafte Dichtigkeit auftreten, insbesondere, wenn sich die Materialien hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheiden, beispielsweise bei einem Verbund von Keramik und Metall mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Der erfindungsgemäße elektrische Isolator 132 kann eingerichtet sein einen vernachlässigbaren oder sogar keinen Druckverlust in der Vorrichtung zu gewährleisten. Der elektrische Isolator 132 kann eingerichtet sein eine Druckverlustfreie, auch als Leckagefrei bezeichnet, fluidische Verbindung in einem Druckbereich von 0 bis 50 bar, insbesondere von 0 bis 10 bar, bereitzustellen, wobei unter Druckverlustfrei ein vernachlässigbarer Druckverlust oder kein Druckverlust zu verstehen ist. Der elektrische Isolator 132 kann beständig bei Druckdifferenzen bis ca. 100 bar sein. Beispielsweise kann der elektrische Isolator beständig bei einem Absolutdruck von 300 mbar bis 100 bar, bevorzugt 1 bar bis 50 bar, besonders bevorzugt von 1 ,5 bar bis 30 bar, sein. Der elektrische Isolator 132 kann mindestens ein geeignetes Material aufweisen, welche die genannten Bedingungen erfüllt. Beispielsweise kann der elektrische Isolator 132 mindestens ein Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen Werkstoffen, glasartigen Werkstoffen, glasfaserverstärkten Werkstoffen, kunststoffartigen Werkstoffen oder harzartigen Werkstoffen. Der elektrische Isolator kann beispielsweise mindestens eine Mischung aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus: Binäre und ternäre Mischungen aus Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und Yttriumoxid (z.B. Zirkoniumoxidverstärktes Aluminiumoxid); Mischungen aus Siliziumcarbid und Aluminiumoxid; Mischungen aus Aluminiumoxid und Magnesiumoxid (MgO-Spinell); Mischungen aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid (Mullit); Mischung aus Aluminium- und Magnesiumsilikate, Ternäre Mischung aus Aluminiumoxid, Siliziumoxid und Magnesiumoxid (Cordierit); Steatit (Magnesiumsilikat); Zrikonoxid-verstärktes Aluminiumoxid; Stabilisiertes Zirkoniumoxid (ZrC>2): Stabilisatoren in Form von Magnesiumoxid (MgO), Calciumoxid (CaO) oder Yttriumoxid (Y2O3), gegebenenfalls kommen auch Ceroxid (CeÜ2), Scandiumoxid (ScOs) oder Ytterbiumoxid (YbOs) als Stabilisatoren zum Einsatz; ferner Aluminiumtita- nat (stöchiometrische Mischung von Aluminiumoxid und Titanoxid); Siliziumnitrid und Aluminiumoxid (Siliziumaluminiumoxinitride SIALON).
Der elektrische Isolator 132 kann eingerichtet sein, Potentialanhebungen und Leck-Ströme auf der Rohrleitung 114 zu verhindern. Damit kann die Versorgungsspannung der Rohrleitungen 114 ohne Berücksichtigung von unerwünschten Potentialen und Leck-Strömen auf metallischen Anlagenteilen außerhalb einem Erhitzungsbereich der Vorrichtung 110 gewählt werden. Beispielsweise kann die Versorgungsspannung im Niederspannungsbereich bis etwa 1000 V betragen. Beispielsweise kann die Versorgungsspannung im Mittelspannungsbereich > 1 kV bis ca. 30 kV betragen.
Die einzelnen Rohrleitungen 114 sind in einer Reihenschaltung elektrisch miteinander verschaltet. Die Rohrleitungen 114 können insbesondere elektrotechnisch hintereinandergeschaltet sein. Beispielsweise kann wie in den Figuren 1 bis 4 eine elektrische Verbindung 134 zwischen den Rohrleitungen 114 vorgesehen sein. Die Strom- und/oder Spannungsquelle 126 kann beispielsweise mit einer ersten Rohrleitung 114 verbunden sein, welche seriell mit den weiteren Rohrleitungen 114 mittels elektrischer Verbindungen 134 verbunden ist. Die zuführende Rohrleitung 120 und die abführende Rohrleitung 122 kann mittels der elektrischen Isolatoren 132, wie oben beschrieben, von den seriell verschalteten Rohrleitungen 114, galvanisch getrennt sein. Die Vorrichtung 110 kann eine Mehrzahl von seriell verschalteten Rohrleitungen 114 aufweisen. Durch eine Verwendung der elektrischen Isolatoren 132 kann die Anzahl der hinterei- nandergeschalteten Rohrleitungen 114 prinzipiell beliebig sein. Beispielsweise können ca. 5 Rohrleitungen 114 seriell verschaltet sein, insbesondere im Fall des Niederspannungsbereichs. Beispielsweise können für 30 kV entsprechend auch bis zu 150 Rohrleitungen 114 seriell verschaltet sein. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage 112. Die Anlage 112 umfasst mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung 110. Die Anlage 112 kann, wie in Figur 4 gezeigt, eine Mehrzahl von Vorrichtungen 110 aufweisen. Die Vorrichtungen 110 können seriell und/oder parallel zueinander elektrisch verschaltet sein. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Vorrichtungen 110 wird auf die Beschreibung Figuren 1 bis 3 verwiesen.
Die Anlage 112 kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren, einer Vorrichtung zur Acetylenherstellung aus Kohlenwasserstoffen.
Die Anlage 112 umfasst mindestens ein Stromversorgungsmodul 136. Das Stromversorgungsmodul 136 weist mindestens eine Spannungsanpassung 138 auf, welche eingerichtet ist eine der Leistungsanforderung entsprechende Netzeingangsmittel- oder Hochspannung 140 in eine von der Vorrichtung 110 verwendbare Ausgangsspannung zu transformieren und der Strom- und/oder Spannungsquelle 126 bereitzustellen.
Das Stromversorgungsmodul 136 kann eingerichtet sein eine von der Strom- und/oder Spannungsquelle 126 der Vorrichtung 110 verwendbare Ausgangsspannung bereitzustellen. Das Stromversorgungsmodul 136 kann eingerichtet sein eine Netzeingangsmittel- oder Hochspannung 140 zu empfangen und in die notwendige Ausgangsspannung zu transformieren. Das Stromversorgungsmodul 136 kann mindestens einen Drehstromsteller und/oder verstellbaren Gleichrichter mit mindestens einem Transformator und/oder einen Stelltransformator aufweisen. Beispielsweise kann das Stromversorgungsmodul 136 einen Mittelspannungs-Transformator und eine Thyristoranlage aufweisen. Beispielsweise kann für eine 12 MW Niederspannung das Stromversorgungsmodul einen MS-Trafo 10 kV/ 950 V, 12 MVA und eine Thyristoranlage aufweisen. Gegenüber bekannten Stromversorgungsvorrichtungen kann das erfindungsgemäße Stromversorgungsmodul 136 somit eine reduzierte Anzahl von elektrischen Komponenten aufweisen. Wie in Figur 4 gezeigt, kann jeder Vorrichtung 110 ein Stromversorgungsmodul 136 zugeordnet sein. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch denkbar, in welchen Vorrichtungen 110 von einem gemeinsamen Stromversorgungsmodul 136 versorgt werden.
Die Netzeingangsmittel- oder Hochspannung 140 (beispielsweise 110kV/10 kV, max 40 MVA; 110 kV/20 kV, max 80 MVA) kann beispielsweise per Kabel (beispielsweise 690 A/ 345 A) aus einer weiter entfernter Schaltanlage 142 (beispielsweise einem Mittelspannungsschaltraum) den Stromversorgungsmodulen 136 bereitgestellt werden. Beispielsweise können, wie in Figur 4, jeweils 4, oder auch mehr, Stromversorgungsmodule 136 einer gemeinsamen Schaltanlage 142 zu geordnet sein.
In dem in Figur 4 gezeigten Beispiel kann das Stromversorgungsmodul 136, Mittelspannungstransformator 10 kV/ 950 V, 12 MVA und eine Thyristoranlage aufweisen. Das Stromversorgungsmodul 136 kann dann der Strom- und/oder Spannungsquelle 126 der Vorrichtung 110 950 V, 7,4 kA bereitstellen (mit Bezugszeichen 144 gekennzeichnet).
Insbesondere durch die Reduzierung der benötigten Komponenten kann das Stromversorgungsmodul 136 kompakt ausgestaltet sein. Das Stromversorgungsmodul 136 kann eine Höhe h von 2m > h > 5m, eine Breite b von 4m > b > 7m und eine Tiefe t von 2m > t > 5m aufweisen. Das Stromversorgungsmodul 136 kann in einer Außenaufstellung in direkter Nähe der Vorrichtung 110 bzw. am Ofen angeordnet sein.
Figur 5, oberer Teil, zeigt einen schematischen Längsschnitt durch ein Beispiel für eine Verbindung zweier Rohrleitungen 146,148 unter Verwendung eines elektrischen Isolators 132. Figur 5, unterer Teil zeigt für dieses Beispiel einen Querschnitt. Die Verbindung kann beispielsweise wie in WO 2019/201654 A1 beschrieben ausgestaltet sein.
Eine erste der Rohrleitungen 146 kann aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein. Die erste Rohrleitung 146 kann beispielsweise aus Schleuderguss hergestellt sein. Beispielsweise kann die Rohrleitung 146 zylinderförmig sein. Beispielsweise kann die erste Rohrleitung 146 geometrische Maße von 52 mm x 5 mm (Durchmesser D x Wandstärke s) vor dem Einbau aufweisen. Die erste Rohrleitung 146 kann an ihrem verbindungsseitigen Ende einen Kragen 150a aufweisen, in dem eine umlaufende Vertiefung vorhanden ist, in der ein Dichtelement 152a aufgenommen ist. Beispielsweise kann in die Vertiefung ringförmige Flachdichtung aus Glimmer als Dichtelement 152a eingelegt sein (Klinger milam PSS 300 der Firma Rich. Klinger Dichtungstechnik GmbH & Co. KG, 82352 Gumpoldskirchen, Österreich).
Eine zweite der Rohrleitungen 148 kann aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein. Die erste Rohrleitung 148 kann beispielsweise aus Schleuderguss hergestellt sein. Beispielsweise kann die Rohrleitung 148 zylinderförmig sein. Beispielsweise kann die zweite Rohrleitung 148 geometrische Maße von 52 mm x 5 mm (Durchmesser D x Wandstärke s) vor dem Einbau aufweisen. Die zweite Rohrleitung 148 kann an ihrem verbindungsseitigen Ende einen Kragen 150b aufweisen, in dem eine umlaufende Vertiefung vorhanden ist, in der ein Dichtelement 152b aufgenommen ist. Beispielsweise kann in die Vertiefung ringförmige Flachdichtung aus Glimmer als Dichtelement 152a eingelegt sein (Klinger milam PSS 300 der Firma Rich. Klinger Dichtungstechnik GmbH & Co. KG, 82352 Gumpoldskirchen, Österreich).
Der elektrische Isolator 132 kann als ein Hybridrohr mit einer keramischen Innenschicht und einer Außenschicht aus einem oxidkeramischen Faserverbundwerkstoff ausgestaltet sein. Der elektrische Isolator 132 kann eine Innenschicht aufweisen, beispielsweise aus Monolithkeramik, Aluminiumoxid (Alsint 99,7 der Firma Morgan Advanced Materials). Beispielsweise kann die Innenschicht des elektrischen Isolators geometrische Maße von 48 mm x 3 mm (Durchmesser D x Wandstärke s) aufweisen. Der elektrische Isolator 132 kann eine Außenschicht 164, beispielsweise eine OCMC-Armierung aufweisen. Die Armierung enthält eine keramische Matrix, beispielsweise WPS FW12 der Firma Walter E.C. Pritzkow Spezialkeramik (70794 Filderstadt-Siel- mingen) und als Fasergerüst ein Gewebe beispielsweise vom Typ DF11 der Firma 3M (St. Paul, MN, U.S.A.), beispielsweise mit den geometrischen Maßen 52 mm x 2 mm (Durchmesser D x Wandstärke s). Die verbindungsseitigen Enden des elektrischen Isolators können jeweils einen Kragen 154a und 154b aufweisen. Die Kragen 154a und 154b können aus Monolithkeramik gefertigt sein, beispielsweise Aluminiumoxid (Alsint 99,7 der Firma Haldenwanger). Die Kragen 154a und 154b können beispielsweise, wie in Figur 5 dargestellt, als separate Bauteile gefertigt und mit der Innenschicht des elektrischen Isolators stoffschlüssig gefügt sein. Die Verbindung kann beispielsweise durch ein Glaslot oder durch einen keramsichen Kleber hergestellt werden. Die Kragen 154a und 154b können von der Außenschicht 164 des elektrischen Isolators 132 umgeben und mit dieser fest verbunden sein.
Die Verbindungselemente zwischen dem elektrischen Isolator 132 und den angeschlossenen Rohleitungen 146 und 148 können mehrteilig ausgestaltet sein. Die Verbindungselemente können auf beiden Seiten identisch ausgeführt werden. Ein Verbindungselement kann eine Spannhülse 156a bzw. 156b, ein Anpresselement 160a bzw. 160b auf der Seite der angeschlossenen Rohrleitungen 146 und 148 und ein Ausgleichselement 158a bzw. 158b umfassen. Die Spanhülsen 156a bzw. 156b können beispielsweise aus einer Nickelbasislegierung mit der Werkstoffnummer 2.4633 gefertigt sein. Die Anpresselemente 160a bzw. 160b können beispielsweise aus einer Nickelbasislegierung mit der Werkstoffnummer 2.4633 gefertigt sein. Die Ausgleichselemente 158a bzw. 158b können beispielsweise aus einem Stahl mit der Werkstoffnummer 1.4876 gefertigt sein. Die Verbindungselement drücken die Kragen 154a bzw. 154b des elektrischen Isolators und die Kragen 150a bzw. 150b der angeschlossenen Rohrleitung 146 bzw. 148 gegeneinander. So kann eine dichtende Verbindung zwischen dem elektrischen Isolator 132 und den beiden angeschlossenen Rohrleitungen 146 und 148 hergestellt werden. Das hat den Vorteil, dass die Dichtflächen auf axialen Druck belastet werden, was insbesondere für keramische Werkstoffe eine günstige Art der Beanspruchung ist. Bezugszeichenliste
Vorrichtung
Anlage
Rohrleitung erstes Ende
Zweites Ende zuführende Rohrleitung abführende Rohrleitung
Prozess richtung
Strom- und/oder Spannungsquelle
Temperatursensor
Steuerungseinheit elektrischer Isolator elektrische Verbindungen
Stromversorgungsmodul
Spannungsanpassung
Netzeingangsmittel- oder Hochspannung
Schaltanlage
Versorgungspannung/-strom erste Rohrleitung zweite Rohrleitung
(Dicht-) Kragen auf der Seite der Rohrleitung Dichtelement
(Dicht-) Kragen auf der Seite des elektrischen Isolators
Verspannungselement
Ausgleichselement
Anpresselement

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (110) zum Erhitzen eines Einsatzstoffes, wobei die Vorrichtung (110) eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Rohrleitungen (114) zur Aufnahme des Einsatzstoffs umfasst, wobei die Rohrleitungen (114) parallel von dem Einsatzstoff durchfließbar angeordnet sind, wobei die Vorrichtung (110) mindestens eine Strom- und/oder Spannungsquelle (126) aufweist, welche eingerichtet ist einen elektrischen Strom in den Rohrleitungen (114) einzuprägen, welcher die Rohrleitungen (114) durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Einsatzstoffes erwärmt, wobei jede der Rohrleitungen (110) ein erstes Ende (116) und ein zweites Ende (118) aufweist, wobei an dem ersten Ende (116) und dem zweiten Ende (118) mindestens ein elektrischer Isolator (132) angeordnet ist, so dass die jeweilige Rohrleitung (114) und mindestens eine zuführende Rohrleitung (120) und mindestens eine abführende Rohrleitung (122) galvanisch voneinander getrennt sind, wobei die einzelnen Rohrleitungen (114) in einer Reihenschaltung elektrisch miteinander verschaltet sind.
2. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (110) eingerichtet ist den Einsatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 1700 °C, bevorzugt 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt 400 °C bis 875 °C, zu erwärmen.
3. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (110) mindestens einen Temperatursensor (128) aufweist, welcher eingerichtet ist eine Temperatur mindestens einer der Rohrleitungen (114) zu bestimmen, wobei die Vorrichtung (110) mindestens eine Steuerungseinheit (130) aufweist, welche eingerichtet ist die Strom- oder Spannungsquelle (126) abhängig von einer mit dem Temperatursensor (128) gemessenen Temperatur oder einer äquivalenten Messgröße zu regeln.
4. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom- und/oder Spannungsquelle (126) eine einphasige oder mehrphasige Wechselstrom- und/oder einphasige oder mehrphasige Wechselspannungsquelle oder eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle umfasst.
5. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Isolator (132) mindestens ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen Werkstoffen, glasartigen Werkstoffen, glasfaserverstärkten Werkstoffen, kunststoffartigen Werkstoffen oder harzartigen Werkstoffen.
6. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Isolator (132) einen minimalen Widerstand von 100 kQ bis 1000 MQ, bevorzugt von 300 k bis 300 MQ, besonders bevorzugt von 1 MQ bis 100 MQ, bei 900 °C aufweist.
7. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (114) mit den zu- und abführenden Rohrleitungen (120, 122) fluidleitend verbunden sind.
8. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (114) durchverbunden sind und somit ein Rohrsystem zur Aufnahme des Einsatzstoffes bilden oder dass die Rohrleitungen (114) fluidisch getrennt voneinander ausgestaltet sind.
9. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstoff ein thermisch zu spaltender Kohlenwasserstoff und/oder ein Gemisch ist.
10. Anlage (112) umfassend mindestens eine Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens ein Stromversorgungsmodul (136), wobei das Stromversorgungsmodul (136) mindestens eine Spannungsanpassung (138) aufweist, welche eingerichtet ist eine der Leistungsanforderung entsprechende Netzeingangsmittel- oder Hochspannung (140) in eine von der Vorrichtung (110) verwendbare Ausgangsspannung zu transformieren und der Strom- und/oder Spannungsquelle (126) bereitzustellen.
11 . Anlage (112) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Mehrzahl von Vorrichtungen (110) aufweist.
12. Anlage (112) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen (110) seriell und/oder parallel zueinander elektrisch verschaltet sind.
13. Anlage (112) nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorrichtung (110) ein Stromversorgungsmodul (136) zugeordnet ist.
14. Anlage (112) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromversorgungsmodul (136) eine Höhe h von 2m > h > 5m, eine Breite b von 4m > b > 7m und eine Tiefe t von 2m > t > 5m aufweist.
15. Anlage (112) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem kata- lytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren, einer Vorrichtung zur Acetylenherstellung aus Kohlenwasserstoffen.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2722359A1 (fr) * 1994-07-08 1996-01-12 Electricite De France Dispositif de chauffage par effet joule a densite de flux variable d'un fluide dans un tube a passage de courant
CN201135883Y (zh) * 2007-10-31 2008-10-22 上海晨光共创高分子材料有限公司 直热式管式反应器
KR20140024823A (ko) * 2012-08-21 2014-03-03 토쿠덴 가부시기가이샤 유체가열장치
WO2015197181A1 (de) 2014-06-26 2015-12-30 Linde Aktiengesellschaft Einrichtung und verfahren zum heizen eines fluides in einer rohrleitung mit drehstrom
WO2019201654A1 (de) 2018-04-20 2019-10-24 Basf Se Vorrichtung zur dichtenden verbindung zweier rohrelemente
WO2020035575A1 (de) 2018-08-16 2020-02-20 Basf Se Einrichtung und verfahren zum erhitzen eines fluides in einer rohrleitung mit gleichstrom
WO2021160777A1 (de) 2020-02-14 2021-08-19 Basf Se Einrichtung und verfahren zum erhitzen eines fluides in einer rohrleitung mit einphasigem wechselstrom
EP3995207A1 (de) * 2020-11-06 2022-05-11 Linde GmbH Reaktor zur durchführung einer chemischen reaktion

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2722359A1 (fr) * 1994-07-08 1996-01-12 Electricite De France Dispositif de chauffage par effet joule a densite de flux variable d'un fluide dans un tube a passage de courant
CN201135883Y (zh) * 2007-10-31 2008-10-22 上海晨光共创高分子材料有限公司 直热式管式反应器
KR20140024823A (ko) * 2012-08-21 2014-03-03 토쿠덴 가부시기가이샤 유체가열장치
WO2015197181A1 (de) 2014-06-26 2015-12-30 Linde Aktiengesellschaft Einrichtung und verfahren zum heizen eines fluides in einer rohrleitung mit drehstrom
WO2019201654A1 (de) 2018-04-20 2019-10-24 Basf Se Vorrichtung zur dichtenden verbindung zweier rohrelemente
WO2020035575A1 (de) 2018-08-16 2020-02-20 Basf Se Einrichtung und verfahren zum erhitzen eines fluides in einer rohrleitung mit gleichstrom
WO2021160777A1 (de) 2020-02-14 2021-08-19 Basf Se Einrichtung und verfahren zum erhitzen eines fluides in einer rohrleitung mit einphasigem wechselstrom
EP3995207A1 (de) * 2020-11-06 2022-05-11 Linde GmbH Reaktor zur durchführung einer chemischen reaktion

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