CN112805509A - 用于通过直流加热管道中的流体的装置和方法 - Google Patents

用于通过直流加热管道中的流体的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于加热流体的装置(110)。该装置包括：‑至少一个导电管道(112)和/或至少一个导电管道段(114)，用于接收流体，以及‑至少一个直流电流和/或直流电压源(126)，其中，对每个管道(112)和/或每个管道段(114)分配直流电流或直流电压源(126)，该直流电流或直流电压源被连接到管道(112)和/或管道段(114)。直流电流和/或直流电压源(126)被设计用于在管道(112)中和/或在管道段(114)中生成电流，该电流通过在电流通过传导管材料时产生的焦耳热来使管道(112)和/或管道段(114)升温，以用于加热流体。

Description

用于通过直流加热管道中的流体的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于加热管道中的流体的装置和方法。
背景技术
原则上，这种装置是已知的。例如，WO2015/197181A1描述了一种用于加热流体的装置，所述装置具有用于接收流体的至少一个导电管道和连接到至少一个管道的至少一个电压源。至少一个电压源被设计用于在至少一个管道中生成电流，该电流使至少一个管道升温以用于加热流体。至少一个电压源具有M个外部导体，M是大于或等于2的自然数。至少一个电压源被设计用于在外部导体上提供AC电压。这些AC电压相对于彼此相移2π/M。外部导体以导电方式连接到至少一个管道，以便形成星形电路。
原则上，已知用于加热管道中的流体的装置。通过示例，FR283154A1描述了用于在连续烃重整反应器中在高温下辅助放热氧化反应和吸热热解反应的电加热。US2014/238523A1描述了一种用于加热管道系统的装置，该管道系统包括至少两个管道，电阻加热元件沿着该至少两个管道延伸。US2016/115025A1是用于促进化学反应的系统和方法。该系统可以包括被配置为保持化学混合物的电导体。导体被直接连接到能量源并在能量源接通时被加热。当化学混合物在导体中并且能量源接通时，化学混合物被加热，并且可以发生化学反应。CN201135883Y描述了立即加热类型的管道反应器，其包括被布置在中心的反应管道、覆盖在反应管道外部的热绝缘层、和电加热控制装置。反应管道被直接连接到电加热控制装置。反应管道由导电材料组成。反应管道用作加热元件。FR2722359A1描述了流体穿过线的均匀中心孔，该孔的壁厚以轴向均匀的方式增加。电能源被连接在端部之间。每单位长度的电阻加热随着厚度的增加而减小，其中通过选择合适的尺寸获得所需的能量分布。US2013/028580A1描述了用于输送烃的线。该线包括在纵向方向上延伸的中空内管道，以便在内管道中输送流体并且具有电绝缘的外表面。加热层被布置在内管道上，所述加热层包括嵌入在聚合物材料中的碳纤维。在加热层周围布置热绝缘层。外管道被布置在热绝缘层的周围。外管道被设计成使得其能够承受至少100巴的外部压力。间隔物装置以固定的方式将外管道保持在距内管道一定距离处。电流供应装置将电流馈送到加热层，以便使内管道升温。
然而，用于加热管道中的流体的已知装置通常从技术观点上变得复杂，或者仅能以许多技术费用来实现。因此，本发明的目的是提供一种用于加热流体的装置和方法，其至少大大地避免已知装置和方法的缺点。特别地，该装置和方法在技术上是简单的，以实现执行和容易执行并且也是经济的。特别地，当加热流体引起绝缘降低(例如裂化炉中的碳化)时，该装置和方法应该是适用的。
发明内容
该目的是通过具有权利要求1中的特征的装置和通过具有权利要求12中的特征的方法来实现的。本发明的优选改进在相关联的从属权利要求和从属权利要求的依赖性引用中被特别的指定。
在下文中，术语“具有”、“包括”或“包含”或其任何语法变体被以非排他的方式使用。因此，这些术语可以涉及不存在与由这些术语引入的特征分开的另外的特征的情况，或者涉及其中存在一个或多个另外的特征的情况。例如，表达“A具有B”、“A包括B”或“A包含B”可能涉及其中除了B之外，在A中没有另外的元素的情况(即，其中排他地由B构成的情况)，并且涉及其中除了B之外，还存在例如元素C、多个元素C和D或甚至更多元素的一个或多个另外的元素的情况。
还指出，例如当特征或元素首次被引入时，在它们与一个或多个元素或特征结合使用并且旨在表达元素或特征可以被提供一次或多次时，术语“至少一个”和“一个或多个”和这些术语或类似术语的语法变体通常仅被使用一次。当随后再次提及该特征或元素时，通常不再使用对应的术语“至少一个”或“一个或多个”，而不限制特征或元素可被提供一次或多次的可能性。
此外，在下文中，术语“优选地”、“特别地”、“例如”或类似术语与可选特征结合使用，而不限于替代的实施例。因此，由这些术语引入的特征是可选特征，并且不旨在通过这些特征限制权利要求的保护范围，特别是独立权利要求的保护范围。因此，如本领域技术人员将理解的，本发明也可以通过使用其它配置来执行。以类似的方式，通过“在本发明的实施例中”或通过“在本发明的示例中”所引入的特征被理解为可选特征，而不旨在限制独立权利要求的替代配置或保护范围。此外，组合特征从而与其它特征一起被引入的所有可能性，无论是可选特征还是非可选特征，都旨在保持不受这些介绍性表达的影响。
在本发明的第一方面，提出了一种用于加热流体的装置。在本发明的范围内，“流体”被理解为意指气体和/或液体介质。流体例如可以从包括以下项的组中选择：水、蒸汽、燃烧空气、烃混合物、要被裂化的烃。例如，流体可以是要被热和/或催化裂化的烃，特别地，要被热裂化的烃的混合物。例如，流体可以是水或蒸汽，并且另外包括要被热裂化的烃，特别地，要被热裂化的烃的混合物。流体例如可以是要被热裂化的烃和蒸汽的预热混合物。其他流体也是可以想到的。“加热流体”可以被理解为意指导致流体温度变化的过程，特别地，导致流体温度的升高，例如，使流体升温。例如，通过加热，流体可以被升温到规定的或预定的温度值。例如，流体可以被加热至400℃至1200℃范围内的温度。
装置可以是设备的一部分。例如，该设备可以从包括以下项的组中选择：蒸汽裂化器、蒸汽重整器(reformer)、用于烷烃脱氢的装置。例如，该设备可被设计用于执行从包括以下项中选择的至少一种过程：蒸汽裂化、蒸汽重整、烷烃脱氢。
例如，装置可以是蒸汽裂化器的一部分。“蒸汽裂化”可以被理解为意指其中在蒸汽的存在下通过热裂化将较长链烃(例如，石脑油、丙烷、丁烷和乙烷以及瓦斯油和蜡油)转化为短链烃的过程。在蒸汽裂化中，可以产生氢气、甲烷、乙烯和丙烯以及尤其是丁烯和热解苯作为主要产物。蒸汽裂化器可被设计用于使流体升温到550℃至1100℃范围内的温度。
例如，装置可以是重整炉的一部分。“蒸汽重整”可以被理解为意指从水和含碳能量载体，特别地，诸如天然气、轻汽油、甲醇、沼气和生物质的烃，产出蒸汽和碳氧化物的过程。例如，流体可被升温到200℃至800℃、优选400℃至700℃范围内的温度。
例如，该装置可以是用于烷烃脱氢的装置的一部分。“烷烃脱氢”可以被理解为意指通过使烷烃脱氢产生烯烃的过程，例如将丁烷脱氢成丁烯(BDH)或将丙烷脱氢为丙烯(PDH)。用于烷烃脱氢的装置可以被设计用于使流体升温到400℃至700℃范围内的温度。
然而，其它温度和温度范围也是可以想到的。
装置包括：
-至少一个导电管道和/或至少一个导电管道段，用于接收流体，以及
-至少一个DC电流和/或DC电压源，其中，对每个管道和/或每个管道段相应地分配一个DC电流或DC电压源，所述DC电流或DC电压源被连接到相应的管道和/或相应的管道段，其中，相应的DC电流和/或DC电压源被实施为在相应的管道中和/或在相应的管道段中产生电流，所述电流通过在电流通过传导管材料时产生的焦耳热来使相应的管道和/或相应的管道段升温，以用于加热流体的目的。
在本发明的范围内，管道可以被理解为意指被设计用于接收和输送流体的任何成形的装置。管道段可以被理解为意指管道的一部分。管道可以包括至少一个对称和/或至少一个不对称管道。管道的几何形状和/或表面和/或材料可以取决于要被输送的流体。“导电管道”可以被理解为意指管道，特别地，管道的材料，被设计用于传导电流。管道可以被配置为在从包括以下项中的组中选择的至少一个设备中的反应管道：蒸汽裂化器、蒸汽重整器、用于烷烃脱氢的装置。
装置可以包括多个管道和/或管道段。装置可以包括L个管道和/或管道段，其中L是大于或等于2的自然数。例如，装置可以包括至少两个、三个、四个、五个或更多个管道和/或管道段。例如，装置可以包括多达100个管道和/或管道段。管道和/或管道段可以被相同或不同地配置。管道和/或管道段可包括对称和/或不对称管道和/或其组合。在纯对称配置的情况下，装置可以包括具有相同类型的管道的管道和/或管道段。“对称管道”和“对称和不对称管道的组合”可以被理解为意指该装置可以包括可例如被并联地或串联地连接的任何类型的管道的任何组合。“管道的类型”可以被理解为意指由某些特征表征的管道和/或管道段的类别或类型。管道的类型可以由从包括以下项的组中选择的至少一个特征来表征：管道和/或管道段的水平配置；管道和/或管道段的垂直配置；入口的长度(L1)和/或出口的长度(L2)和/或过渡部(transition)的长度(L3)；入口的直径(d1)和出口的直径(d2)和/或过渡部的直径(d3)；通道(pass)的数量n；每个通道的长度；每个通道的直径；几何形状；表面；以及材料。装置可以包括被并联和/或串联连接的至少两种不同类型的管道的组合。通过示例的方式，装置可以包括在入口(L1)和/或出口(L2)和/或过渡部(L3)方面具有不同长度的管道和/或管道段。通过示例的方式，装置可以包括在入口(d1)和/或出口(d2)和/或过渡部(d3)方面具有直径的不对称性的管道和/或管道段。通过示例的方式，装置可以包括具有不同数量的通道的管道和/或管道段。通过示例的方式，装置可包括具有通道的管道和/或管道段，其中每通道具有不同的长度和/或每通道具有不同的直径。原则上，并联和/或串联的任何类型的管道的任何组合是可以想到。装置可以包括多个馈送入口和/或馈送出口和/或产物流(production flows)。“馈送”可以被理解为意指被提供给装置的物质流。不同或相同类型的管道的管道和/或管道段可以与多个馈送入口和/或馈送出口平行和/或串联地布置。管道和/或管道段可以以套件(kit)的形式可用作不同类型的管道，并且可以根据需要被选择和组合，这取决于使用的目的。通过使用不同类型的管道的管道和/或管道段，在变化的馈送和/或反应的选择性产率和/或优化的工艺技术的情况下，可能促进更精确的温度控制和/或反应的适合性。管道和/或管道段可包括相同或不同的几何形状和/或表面和/或材料。管道和/或管道段可以被互通连接并因此形成基本上平面的管道系统以用于接收流体。“管道系统”可以被理解为意指包括至少两个管道和/或管道段(尤其是彼此连接)的装置。管道系统可以包括输入和输出管道。管道系统可以包括用于接收流体的至少一个入口。管道系统可以包括用于排放流体的至少一个出口。“互通连接”可以被理解为意指管道和/或管道段彼此流体连接。因此，管道和/或管道段可以被布置和连接成使得流体一个接一个地流过管道和/或管道段。管道和/或管道段可以彼此并联地连接以使得流体可以并联地流过至少两个管道和/或管道段。管道和/或管道段(特别地，并联连接的管道和/或管道段)可以被设计成并联地输送不同的流体。特别地，并联连接的管道和/或管道段可以包括彼此不同的几何形状和/或表面和/或材料以用于输送不同的流体。特别地，对于流体的输送，多个或所有管道和/或管道段可以被配置为并联的，以使得流体可以在被配置为并联的那些管道之间被划分。串联连接和并联连接的组合也是可以想到的。
当管道和/或管道段、和供应和移除管道可彼此电流隔离时，管道和/或管道段、和相应的供应和移除管道可以以流体传导方式彼此连接。“电流隔离”可以被理解为意指管道和/或管道段和供应和移除管道彼此分开，以使得在管道和/或管道段与供应和移除管道之间不存在电传导和/或可容许的电传导。装置可以包括至少一个绝缘体，特别地，多个绝缘体。相应的管道和/或管道段与供应和移除管道之间的电流隔离可以通过绝缘体来确保。绝缘体可以确保流体的自由流动。
“DC电流源”可以被理解为意指被设计用于提供DC电流的装置。“DC电压源”可以被理解为意指被设计用于提供DC电压的装置。DC电流源和/或DC电压源被配置为在相应的管道和/或相应的管道段中产生DC电流。“DC电流”可被理解为意指在强度和方向方面基本上恒定的电流。“DC电压”可被理解为意指基本上恒定的电压。“基本上恒定”可以被理解为意指电流或电压的变化对于预期效果不重要。
每个管道和/或每个管道段可被分配DC电流和/或DC电压源，该DC电流和/或DC电压源特别地通过至少一个电连接被电连接到相应的管道和/或相应的管道段。为了连接DC电流和/或DC电压源与相应的管道和/或相应的管道段，装置可以包括1至N个正端子和/或导体以及1至N个负端子和/或导体，其中N是大于或等于2的自然数。
装置可以包括多个DC电流和/或DC电压源。每个管道和/或每个管道段可被分配DC电流和/或DC电压源，该DC电流和/或DC电压源特别地通过至少一个电连接被电连接到相应的管道和/或相应的管道段。为了连接DC电流和/或DC电压源与相应的管道和/或相应的管道段，装置可以包括2至N个正端子和/或导体以及2至N个负端子和/或导体，其中N是大于或等于3的自然数。各个DC电流和/或DC电压源可以被配置为在相应的管道中和/或在相应的管道段中产生电流。所产生的电流通过在电流通过传导管材料时产生的焦耳热来使相应的管道和/或相应的管道段升温，以用于加热流体的目的。“使相应的管道和/或相应的管道段升温”可被理解为意指导致管道和/或管道段的温度变化的过程，特别地，管道和/或管道段的温度的升高。
此外，装置可包括至少一个加热丝，例如，该加热丝可被缠绕在管道和/或管道段周围。DC电流和/或DC电压源可以被连接到加热丝。DC电流和/或DC电压源可以被配置为在加热丝中产生电流并且因此产生热量。加热丝可以被配置为使管道和/或管道段升温，特别地，加热。
DC电流和/或DC电压源可以被控制或不受控制。DC电流和/或DC电压源可以被实施为具有或不具有用于至少一个电输出变量的闭环控制的选项。“输出变量”可以被理解为意指电流和/或电压值和/或电流和/或电压信号。装置可以包括2至M个不同的DC电流和/或DC电压源，其中M是大于或等于3的自然数。DC电流和/或DC电压源可以是彼此独立地电可控的。因此，例如，可以在相应的管道中产生不同的电流，并且在管道中可以达到不同的温度。
在本发明的范围内，在进一步的方面，提出了一种用于加热流体的方法。在该方法中，使用根据本发明的装置。该方法包括以下步骤：
-提供用于接收流体的至少一个导电管道和/或至少一个导电管道段；
-在管道和/或管道段中接收流体；
-提供至少一个DC电流和/或DC电压源，其中对每个管道和/或每个管道段相应地分配一个DC电流或DC电压源，所述DC电流或DC电压源被连接到相应的管道和/或相应的管道段，
-通过各个DC电流和/或DC电压源来在相应的管道和/或相应的管道段中产生电流，所述电流通过在电流通过传导管材料时产生的焦耳热来使相应的管道和/或相应的管道段升温，以用于加热流体的目的。
关于实施例和定义，可以参考单元的以上描述。可以以指定的序列来执行方法步骤，还可以至少部分地同时执行一个或多个步骤，并且可以重复一个或多个步骤多次。此外，可以附加地执行另外的步骤，而不管它们是否已经在本申请中提及。
流体可以流过装置的相应的管道和/或管道段，并且该流体可以稍后通过被DC电流加热的管道而被加热，该DC电流来自DC电流和/或DC电压源且被施加到这些管道和/或管道段以使得在管道和/或管道段中产生焦耳加热，该焦耳热被传递到流体以使得后者在流过管道和/或管道段时被加热。
例如，要被热裂化的烃，特别地，要被热裂化的烃的混合物，可以作为流体被加热。
通过示例的方式，水或蒸汽可作为流体被加热，其中所述水或所述蒸汽被加热到550℃至700℃范围内的温度，特别地，并且流体另外(特别地)包括要被热裂化的烃，特别地，要被热裂化的烃的混合物。要被加热的流体可以是要被热裂化的烃和蒸汽的预热混合物。
通过示例的方式，重整炉中的燃烧空气可作为流体被预热或加热到例如200℃至800℃、优选400℃至700℃范围内的温度。
通过示例的方式，管道可以被实施为重整炉(reformer furnace)中的反应管道。
综上所述，以下实施例在本发明的范围内是特别优选的：
实施例1：一种用于加热流体的装置，包括：
-至少一个导电管道和/或至少一个导电管道段，用于接收所述流体，以及
-至少一个DC电流和/或DC电压源，其中，对每个管道和/或每个管道段相应地分配一个DC电流或DC电压源，所述DC电流和/或DC电压源被连接到相应的管道和/或相应的管道段，其中，相应的DC电流和/或DC电压源被实施为在相应的管道中和/或在相应的管道段中产生电流，所述电流通过在所述电流通过传导管材料时产生的焦耳热来加热相应的管道和/或相应的管道段，以用于加热所述流体的目的。
实施例2：根据前一实施例所述的装置，其中，所述装置包括多个管道和/或管道段，其中所述管道和/或管道段被互通连接并因此形成用于接收所述流体的管道系统。
实施例3：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中，所述装置包括L个管道/管道段，其中L是大于或等于2的自然数，其中所述管道和/或所述管道段包括对称和/或不对称管道和/或其组合。
实施例4：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中，所述装置包括L个管道和/或管道段，其中L是大于或等于2的自然数，其中所述装置包括并联和/或串联连接的至少两种不同类型的管道的组合，其中所述管道的类型由从包括以下项的组中选择的至少一个特征来表征：所述管道和/或管道段的水平配置；所述管道和/或所述管道段的垂直配置；入口的长度(L1)和/或出口的长度(L2)和/或过渡部的长度(L3)；所述入口的直径(d1)和所述出口的直径(d2)和/或所述过渡部的直径(d3)；通道的数量n；每个通道的长度；每个通道的直径；几何形状；表面；以及材料。
实施例5：根据三个前述实施例中任一项所述的装置，其中，所述管道和/或管道段和适当的供应和移除管道以流体传导方式彼此连接，其中所述管道和/或管道段和所述供应和移除管道彼此电流隔离。
实施例6：根据前一实施例所述的装置，其中，所述装置包括绝缘体，所述绝缘体被配置用于相应的管道和/或管道段与所述供应和移除管道之间的电流隔离，其中所述绝缘体被配置为确保所述流体的自由流通。
实施例7：根据五个前述实施例中任一项所述的装置，其中所述管道和/或管道段中的多个或全部被串联和/或并联地配置。
实施例8：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中，所述装置包括多个DC电流和/或DC电压源，其中所述DC电流和/或DC电压源被实施为具有/不具有用于至少一个电输出变量的闭环控制的选项。
实施例9：根据前一实施例所述的装置，其中，用于连接所述DC电流和/或DC电压源和相应的管道和/或相应的管道段的所述装置包括2到N个正端子和/或导体和2到N个负端子和/或导体，其中N是大于或等于3的自然数。
实施例10：根据两个前述实施例中任一项所述的装置，其中，相应的DC电流和/或DC电压源被相同或不同地配置。
实施例11：根据前一实施例所述的装置，其中，所述装置包括2到M个不同的DC电流和/或DC电压源，其中M是大于或等于3的自然数，其中所述DC电流和/或DC电压源是彼此独立地电可控的。
实施例12：一种设备，包括至少一个根据前述实施例中任一项所述的装置。
实施例13：根据前一实施例所述的设备，其中，所述设备从包括以下项的组中选择：蒸汽裂化器、蒸汽重整器、用于烷烃脱氢化的装置。
实施例14：一种用于通过使用根据涉及装置的前述实施例中任一项所述的装置来加热流体的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供用于接收所述流体的至少一个导电管道和/或至少一个导电管道段；
-在所述管道和/或所述管道段中接收所述流体；
-提供至少一个DC电流和/或DC电压源，其中对每个管道和/或每个管道段相应地分配一个DC电流或DC电压源，所述DC电流或DC电压源被连接到相应的管道和/或相应的管道段，
-通过各个DC电流和/或DC电压源来在相应的管道和/或相应的管道段中产生电流，所述电流通过在所述电流通过传导管材料时产生的焦耳热来使相应的管道和/或相应的管道段升温，以用于加热所述流体的目的。
实施例15：根据前一实施例所述的方法，其中，要被热裂化的烃，具体地，要被热裂化的烃的混合物，作为流体被加热。
实施例16：根据涉及方法的前述实施例中任一项所述的方法，其中，水或蒸汽作为流体被加热，其中所述水或所述蒸汽更具体地被加热至550℃至700℃范围内的温度，并且所述流体另外包括要被热裂化的烃，具体地，要被热裂化的烃的混合物，其中要被加热的所述流体是要被热裂化的烃和蒸汽的预热混合物。
实施例17：根据涉及方法的前述实施例中任一项所述的方法，其中，重整炉中的燃烧空气作为流体被预热到例如在200℃至800℃、优选400℃至700℃范围内的温度。
实施例18：根据涉及方法前述实施例中任一项所述的方法，其中所述管道被实施为用于重整炉的反应管道。
附图说明
本发明的进一步的细节和特征可以在下面的优选示例的描述中找到，特别地，结合从属权利要求。各个特征可以单独地实现，或者它们中的几个可以彼此组合地实现。本发明不限于这些示例。这些示例在附图中被示意性地表示。在各个附图中相同的参考表示相同或具有相同功能的元件，即，它们相对于它们的功能彼此对应。
具体地：
图1a至1c示出了根据本发明的装置的示例的示意图；
图2示出了根据本发明的装置的另一示例的示意图；
图3示出了根据本发明的装置的另一示例的示意图；
图4a和b示出了根据本发明的装置的其他示例的示意图；
图5a至5c示出了根据本发明的装置的示例的示意图；
图6示出了根据本发明的装置的另一示例的示意图；
图7示出了根据本发明的装置的另一示例的示意图；
图8a和8b示出了根据本发明的装置的其他示例的示意图；
图9Ai-Cvi示出了管道类型的示意图；以及
图10a至y示出了具有管道类型和根据管道和/或管道段的组合的本发明的示例的套件。
具体实施方式
图1a至1c各自示出了用于加热流体的根据本发明的装置110的示例的图示表示。装置110包括用于接收流体的至少一个导电管道112和/或至少一个导电管道段114。流体可以是气体介质和/或液体介质。流体例如可以从包括以下项中的组中选择：水、蒸汽、燃烧空气、烃混合物、要被裂化的烃。例如，流体可以是要被热裂化的烃，特别地，要被热裂化的烃的混合物。例如，流体可以是水或蒸汽，并且另外包括要被热裂化的烃，特别地，要被热裂化的烃的混合物。流体例如可以是要被热裂化的烃和蒸汽的预热混合物。其他流体也是可以想到的。装置110可以被配置为使流体升温，特别地，引起流体温度的升高。例如，通过加热，流体可以被加热到规定的或预定的温度值。例如，流体可以被加热到400℃至1200℃范围内的温度。
例如，装置110可以是设备的一部分。例如，设备可以从包括以下项的组中选择：蒸汽裂化器、蒸汽重整器、用于烷烃脱氢的装置。例如，装置110可以被设计用于执行从包括以下项的组中选择的至少一个过程：蒸汽裂化、蒸汽重整、烷烃脱氢。装置110可以例如是蒸汽裂化器的一部分。蒸汽裂化器可以被设计用于将流体加热到550℃至1100℃范围内的温度。例如，装置110可以是重整炉的一部分。例如，流体可以是重整炉中的被预热或加热到例如200℃至800℃、优选400℃至700℃范围内的温度的燃烧空气。例如，装置110可以是用于烷烃脱氢的装置的一部分。用于烷烃脱氢的装置可以被设计用于将流体加热到400℃至700℃范围内的温度。然而，其他温度和温度范围也是可以想到的。
管道112和/或管道段114可被配置为接收和输送流体。管道112和/或管道段114可包括至少一个分支116或绕组。管道112可包括至少一个对称和/或至少一个不对称管道。图1c示出了具有三个对称管道112和/或管道段114的实施例。管道112的几何形状和/或表面和/或材料可以取决于要被传输的流体。管道112和/或管道段114可被配置为传导电流。管道112可被设计作为重整炉的反应管道。
图1b示出了其中装置包括管道112的示例。装置110可以包括多个管道112和/或管道段114，例如两个，如图1a所示，或者例如三个，如图1c所示。装置110可以包括L个管道112和/或管道段114，其中L是大于或等于2的自然数。例如，装置110可以包括至少两个、三个、四个、五个或更多个管道112和/或管道段114。例如，装置110可以包括多达100个管道112和/或管道段114。管道112和/或管道段114可以被相同或不同地配置。管道112和/或管道段114可以被互通连接并因此形成用于接收流体的管道系统118。管道系统118可以包括输入管道112和输出管道112。管道系统118可以包括用于接收流体的至少一个入口120。管道系统118可包括用于排放流体的至少一个出口122。图1示出了其中管道112和/或管道段114被布置和连接成使得流体一个接一个流过管道112和/或管道段114的实施例。
管道112和/或管道段114和相应的供应和移除管道可以以流体传导的方式彼此连接，其中管道112和/或管道段114和供应和移除管道可以彼此电流隔离。装置110可以包括至少一个电流隔离，特别地，至少一个绝缘体124，更特别地，多个绝缘体124。通过绝缘体124可以确保相应的管道112和/或管道段114与供应和移除管道之间的电流隔离。绝缘体124可以确保流体的自由流动。
装置110包括至少一个DC电流和/或DC电压源126。装置110可以包括多个DC电流和/或DC电压源126，例如三个，如图1c中以示例性方式示出的。装置110可以包括2至M个不同的DC电流和/或DC电压源126，其中M是大于或等于3的自然数。DC电流和/或DC电压源126被连接到相应的管道112和/或相应的管道段114，特别地，通过至少一个电连接而被电连接。为了连接DC电流和/或DC电压源126与相应的管道112和/或相应的管道段114，装置110可包括2到N个正端子和/或导体128以及2到N个负端子和/或导体130，其中N是大于或等于3的自然数。DC电流和/或DC电压源126可以被控制或不受控制。DC电流和/或DC电压源126可以被实施为具有或不具有用于至少一个电输出变量的闭环控制的选项。DC电流和/或DC电压源126可以是彼此独立地电可控的。因此，例如，可以在相应的管道112中产生不同的电流，并且可以在管道112中达到不同的温度。
各个DC电流和/或DC电压源126可以被配置为在相应的管道112中和/或在相应的管道段114中产生电流，所产生的电流可以通过在电流通过传导管材料时产生的焦耳热来使相应的管道112和/或相应的管道段114升温，以用于加热流体的目的。
图5a至5c各自示出了用于加热流体的根据本发明的装置110的示例的示意图，其中装置110的反应空间111在图5a到5c的示例中的每一者中被进一步示出。关于图5a中的另外的元件，可以参考图1a的描述。关于图5b中的另外的元件，可以参考图1b的描述。关于图5c中的另外的元件，可以参考图1c的描述。
图2示出了根据本发明的装置110的另一实施例。关于装置的配置，参考与图1相关的描述，具有以下特性。在该实施例中，装置110包括具有被流体连接的三个分支116或绕组的管道112和/或管道段114。装置包括入口120和出口122。流体可以从入口120到出口122流过串联的管道112和/或管道段114。装置110可以包括绝缘体124，例如如图2所示的两个绝缘体124，用于电流隔离的目的。在该实施例中，装置110包括一个DC电流和/或DC电压源126。为了连接DC电流和/或DC电压源126与管道112和/或相应的管道段114，装置110可以包括正端子和/或导体128和负端子和/或导体130。
图6示出了用于加热流体的根据本发明的装置110的示例的示意图，其中相应地在图6的示例中进一步示出了装置110的一个反应空间111。关于图6的另外的元件，可以参考图2的描述。
图3示出了根据本发明的装置110的另一实施例。关于装置的配置，参考与图1相关的描述，具有以下特性。在图3的实施例中，装置110包括具有分支116或绕组的管道112和/或管道段114。装置110可以包括绝缘体124，例如，如图3所示的两个绝缘体124，用于电流隔离的目的。在该实施例中，装置110包括一个DC电流和/或DC电压源126。此外，装置110可以包括至少一个加热丝132，其例如可以缠绕在管道和/或管道段周围。DC电流和/或DC电压源126可以被连接到加热丝132。DC电流和/或DC电压源126可以被配置为在加热丝132中产生电流并且因此产生热量。加热丝132可被配置为使管道112和/或管道段114升温。
图7示出了用于加热流体的根据本发明的装置110的示例的示意图，其中相应地在图7的示例中进一步示出了装置110的一个反应空间111。关于图7的另外的元件，可以参考图3的描述。
在图1a和1c的示例中，管道112被串联布置。图4a和4b示出了并联连接的管道112和/或管道段114的实施例，其中在图4a中为两个管道112和/或管道段114，以及在图4b中为3个并联管道112和/或管道段114。其他数量的并联管道112和/或管道段114也是可以想到的。在图4a和4b中，装置110包括入口120和出口122。管道112和/或管道段114可以彼此连接以使得流体可以流过并联的至少两个管道112和/或管道段114。并联连接的管道112和/或管道段114可包括彼此不同的几何形状和/或表面和/或材料。通过示例的方式，并联连接的管道112和/或管道段114可具有不同数量的分支116或绕组。
图8a和8b各自示出了用于加热流体的根据本发明的装置110的示例的示意图，其中在图8a和8b的示例中的每一个中进一步示出了装置110的反应空间111。关于图8a的另外的元件，可以参考图4a的描述。关于图8b的另外的元件，可以参考图4b的描述。
装置110可以包括对称和/或不对称管道和/或其组合。在纯对称配置的情况下，装置110可以包括具有相同类型的管道的管道112和/或管道段114。装置110可以包括例如可以根据需要而并联或串联连接的任何类型的管道的组合。管道的类型由从包括以下项的组中选择的至少一个特征来表征：管道112和/或管道段114的水平配置；管道112和/或管道段114的垂直配置；入口的长度(L1)和/或出口的长度(L2)和/或过渡部的长度(L3)；入口的直径(d1)和出口的直径(d2)和/或过渡部的直径(d3)；通道的数量n；每个通道的长度；每个通道的直径；几何形状；表面；以及材料。替代地或另外地，管道的类型可以从具有或不具有电流隔离和/或接地连接125的至少一个管道112和/或至少一个管道段114中选择。电流隔离可以例如使用绝缘体124来配置。例如，可以在管道112和/或管道段114的入口120处提供电流隔离，以及可以在管道112和/或管道段114的出口122处提供电流隔离。例如，可以在管道112和/或管道段114的入口120处提供电流隔离，以及可以在管道112和/或管道段114的出口122处提供接地连接125。例如，可以仅在管道112和/或管道段114的入口120处提供电流隔离。例如，可以仅在管道112和/或管道段114的入口120处提供接地连接125。例如，可以在管道112和/或管道段114的入口120和出口122处不设置接地连接125，和/或在入口120和出口122处不设置电流隔离。替代地或另外地，管道的类型可以由流体的流动方向表征。流体可基本上沿两个流动方向流动，称为第一流动方向和第二流动方向。第一流动方向和第二流动方向可以是相反的。替代地或另外地，管道的类型可以通过将直流电流施加到管道112和/或管道段114来表征。例如，可以在至少两个负端子和/或导体之间在管道112和/或管道段114的任意位置处执行直接电流的馈入。例如，馈入可以在两个负端子之间的中间执行，使得管道112和/或管道段114的电阻被分成两个部分电阻R1和R2。直流电流的一半可以流到第一负端子，并且第二半可以流到第二负端子。还可以在负端子/导体之间的任意位置处执行馈入，使得实现不同的部分电阻。例如，可以经由管道112和/或管道段114上的负端子和/或导体以及正端子和/或导体来执行直流电流的馈入。例如，直流电流可以从正端子流到负端子，并且管道112和/或管道段114可以被认为是整体电阻R。这里，管道的类型的任何期望的组合是可能的。
图9Ai到Civ以示意图示出了管道类型的示例性可能实施例。这里，在图9A1至9Civ中，在每种情况下指示管道的类型。这可以被划分成以下类别，其中类别的所有可能的组合是可能的：
-类别A指定管道112和/或管道段114的范围(extent)，其中A1表示具有水平范围的管道类型，A2表示具有垂直范围(即，与水平范围垂直的范围)的管道的类型。
-类别B指定入口的长度(L1)和/或出口的长度(L2)和/或入口的直径(d1)和/或出口的直径(d2)和/或过渡部的直径(d3)的比率，其中六个不同的组合选项被列在套件138中。
-类别C指定入口的长度(L1)和/或出口的长度(L2)与通道的长度的比率。这里，在当前情况下由Ci表示的所有转换(commutation)是可以想到的。
-类别D指定至少一个管道112和/或至少一个管道段114是否被配置为具有或不具有电流隔离和/或接地连接125。电流隔离可以例如使用绝缘体124来配置。D1指定了一种管道类型，其中在管道112和/或管道段114的入口120处提供电流隔离，并且在管道112和/或管道段114的出口122处提供电流隔离。D2指定了一种管道类型，其中在管道112和/或管道段114的入口120处提供电流隔离，并且在管道112和/或管道段114的出口122处提供接地连接125。D3指定了仅在管道112和/或管道段114的入口120处提供电隔离的管道类型。D4指定了仅在管道112和/或管道段114的入口120处提供接地连接125的管道类型。D5指定了一种管道类型，其中在管道112和/或管道段114的入口120和出口122处提供接地连接125和/或在入口120和出口122处没有提供电流隔离。
-类别E指定流体的流动方向。流体可以基本上在两个流动方向上流动。流体在第一方向上流动的管道类型被称为E1管道类型，并且其中流体在第二流动方向上流动的管道类型被称为E2管道类型。第一流动方向和第二流动方向可以是相反的。
-类别F指定将直流电流施加到管道112和/或管道段114。F1指定了一种管道类型，其中在至少两个负极端子和/或导体之间在管道112和/或管道段114的任意位置处执行直流电流的馈入。例如，馈入可以在两个负端子之间的中间执行，使得管道112和/或管道段114的电阻被分成两个部分电阻R1和R2。该直接电流的一半可流到第一负端子，且第二半可流到第二负端子。还可以在负端子/导体之间的任意位置处执行馈入，使得实现不同的部分电阻。F2指定了一种管道类型，其中直流电流的馈入或连接经由管道112和/或管道段114上的负端子和/或导体以及正端子和/或导体来执行。例如，直流电流可以从正端子流到负端子，并且管道112和/或管道段114可以被认为是整体电阻R。这里，管道类型的任何期望的组合是可能的。
图9Ai示出了具有管道类型A1D1F2的管道112和/或管道段114。管道112和/或管道段114具有水平范围。在该实施例中，装置110包括被布置在入口120之后且在出口122前面的两个绝缘体124。关于图9Ai的另外的元件，可以参考图5b的描述。在图9Ai中，通过在入口120和出口122处的双箭头示出了可能的流动方向Ei。在另外的附图9中，入口120和出口122被接合地(jointly)考虑。图9Aii中的示例示出了管道类型A1D2F2，并且与图9Ai的不同之处在于，装置110仅包括绝缘体124，并且提供接地连接125来代替第二绝缘体。图9Aiii中的示例示出了管道类型A1D3F2，并且与图9Aii的不同之处在于没有提供接地连接125。在图9Aiv中，是管道类型A1D4F2，其与图9Aiii相比，装置110仅包括接地连接125而不是绝缘体。如管道类型A1D5F2的图9Av的所示，没有绝缘体124或接地连接125的实施例也是可能的。图9Ai至9Avi示出了其中经由管道112和/或管道段114上的负端子和/或导体以及正端子和/或导体来执行直流电流的馈入的管道类型。图9Avi示出了管道类型A1F1，其中在至少两个负端子和/或导体之间在管道112和/或管道段114的任意位置处执行直流的馈入。
图9Bi，其为管道类型BiD1F2，示出了入口的长度(L1)、出口的长度(L2)和过渡部的长度(L3)以及入口的直径(d1)、出口的直径(d2)和过渡部的直径(d3)。装置110可以包括具有不同入口的长度(L1)、出口的长度(L2)和过渡部的长度(L3)以及不同的入口的直径(d1)、出口的直径(d2)和过渡部的直径(d3)的管道112和/或管道段114。关于图9Bi的另外的元件，可以参考图5b的描述。图9Bii中的示例示出了管道类型BiD2F2，并且与图9Bi的不同之处在于，装置110仅包括一个绝缘体124，其中提供接地连接125而不是第二绝缘体。图9Biii中的示例示出了管道类型BiD3F2，并且与图9Bii的不同之处在于没有提供接地连接125。在图9Biv中，是管道类型BiD4F2，其与图9Biii相比，装置110仅包括接地连接125而不是绝缘体。如管道类型BiD5F2的图9Bv所示，没有绝缘体124或接地连接125的实施例也是可能的。图9Bi至9Bvi示出了其中经由管道112和/或管道段114上的负端子和/或导体以及正端子和/或导体来执行直流电流的馈入的管道类型。图9Bvi示出了管道类型BiF1，其中在至少两个负端子和/或导体之间在管道112和/或管道段114的任意位置处执行直流的馈入。
图9Ci，其为管道类型CiD1F2，示出了其中装置110包括具有多个n个(例如三个)通道的管道112和/或管道段114的示例，如这里所示。通道可以各自具有不同的长度L3、L4、L5和/或直径d3、d4、d5。关于图9Ci的另外的元件，可以参考图6的描述。图9Cii中的示例示出了管道类型CiD2F2，并且与图9Ci的不同之处在于，装置112仅包括一个绝缘体124，其中提供接地连接125而不是第二绝缘体。图9Ciii中的示例示出了管道类型CiD3F2，并且与图9Cii的不同之处在于没有提供接地连接125。在图9Civ中，是管道类型CiD4F2，其与图9Ciii相比，装置110仅包括接地连接125而不是绝缘体。如管道类型CiD5F2的图9Cv所示，没有绝缘体124或接地连接125的实施例也是可能的。图9Ci至9Cvi示出了其中经由管道112和/或管道段114上的负端子和/或导体以及正端子和/或导体来执行直流电流的馈入的管道类型。图9Cvi示出了管道类型CiF1，其中在至少两个负端子和/或导体之间在管道112和/或管道段114的任意位置处执行直流电流的馈入。
装置110可以包括并联和/或串联连接的至少两种不同类型的管道的组合。通过示例的方式，装置110可以包括具有不同的入口长度(L1)和/或出口长度(L2)和/或过渡部长度(L3)的管道112和/或管道段(114)。通过示例的方式，装置可以包括具有入口直径(d1)和/或出口直径(d2)和/或过渡部的直径(d3)的不对称性的管道和/或管道段。通过示例的方式，装置110可以包括具有不同数量的通道的管道112和/或管道段114。通过示例的方式，装置110可以包括具有通道的管道112和/或管道段114，其中每通道具有不同的长度和/或每通道具有不同的直径。
原则上，并联和/或串联的任何类型的管道的任何组合是可以想到的。管道112和/或管道段114可以以套件138的形式可用作不同类型的管道，并且可以根据需要被选择和组合，这取决于使用的目的。图10a示出了具有不同类型的管道的套件138的实施例。图10b至图10y示出了根据具有相同类型的管道和/或不同类型的管道的管道112和/或管道段114的组合的本发明的示例。图10b示出了被连续布置的具有A1管道类型的三个水平管道112和/或管道段114的示例。图10c示出了并联连接的具有A2管道类型的两个垂直管道以及同样是A2管道类型的后续管道112和/或后续管道段114。图10d示出了都被并联连接的具有A2管道类型的多个管道112和/或管道段114。图10e示出了其中多个类别B中的管道类型被连续布置的实施例。这里，管道112和/或管道段114可以是类别B中的相同或不同类型的管道，其由Bi表示。图10f示出了具有类别B的六个管道112和/或管道段114的实施例，其中两个管道112和/或管道段114各自布置成两个平行的股线，并且两个另外的管道112和/或管道段114被连接在下游。图10g示出了具有类别C的管道112和/或管道段114的实施例，其中两个管道112和/或管道段114并联连接并且一个管道112和/或管道段114被连接在下游。如图10h至m所示，类别A、B和C的混合形式也是可能的。装置110可以包括多个馈送入口和/或馈送出口和/或产物流。例如，如图10k和10m所示，具有不同或相同类型的管道的管道112和/或管道段114可以与多个馈送入口和/或馈送出口并联和/或串联布置。
图10n至10p示出了具有类别A、D和F的管道112和/或管道段114的示例性组合。图10q和10r示出了具有类别B、D和F的管道112和/或管道段114的示例性组合。图10t示出了具有类别C、D和F的管道112和/或管道段114的示例性组合。图10u示出了具有类别A、D和F的管道112和/或管道段114的示例性组合。图10u示出了具有类别A、C、D和F的管道112和/或管道段114的示例性组合。图10v示出了具有类别B、C、D和F的管道112和/或管道段114的示例性组合。图10w和图10y示出了具有类别A、B、C、D和F的管道112和/或管道段114的示例性组合。图10x示出了具有类别A、B、D和F的管道112和/或管道段114的示例性组合。装置110可以包括多个馈送入口和/或馈送出口和/或产物流。具有类别A、B、C、D、E和F中的不同或相同类型的管道的管道112和/或管道段114可以与多个馈送入口和/或馈送出口并联和/或串联布置。多个馈送入口和/或馈送出口和/或产物流的示例在图10o、10p、10r、10s、10v至10y中示出。
通过使用具有不同类型的管道的管道112和/或管道段114，在变化的馈送和/或在反应的选择性产率和/或优化的工艺技术的情况下，可以促进更精确的温度控制和/或反应的适合性。
参考符号的列表
110 装置
111 反应空间
112 管道
114 管道段
116 分支
118 管道系统
120 入口
122 出口
124 绝缘体
125 接地连接
126 DC电流和/或DC电压源
128 正端子/导体
130 负端子/导体
132 加热丝
134 第一管道
136 第二管道
138 套件

Claims (15)

1.一种用于加热流体的装置(110)，包括：
-至少一个导电管道(112)和/或至少一个导电管道段(114)，用于接收所述流体，以及
-至少一个DC电流和/或DC电压源(126)，其中，对每个管道(112)和/或每个管道段(114)相应地分配一个DC电流或DC电压源(126)，所述DC电流或DC电压源被连接到相应的管道(112)和/或相应的管道段(114)，其中，相应的DC电流和/或DC电压源(126)被实施为在相应的管道(112)中和/或在相应的管道段(114)中产生电流，所述电流通过在所述电流通过传导管材料时产生的焦耳热来使相应的管道(112)和/或相应的管道段(114)升温，以用于加热所述流体的目的，其中，所述装置(110)包括多个管道(112)和/或管道段(114)，其中所述管道(112)和/或管道段(114)被互通连接的并因此形成用于接收所述流体的管道系统(118)。
2.根据前一权利要求所述的装置(110)，其中，所述装置(110)包括L个管道段(114)，其中L是大于或等于2的自然数，其中所述管道段(114)包括不对称管道和/或其组合。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置(110)，其中，所述管道(112)和/或管道段(114)和适当的供应和移除管道以流体传导方式彼此连接，其中所述管道(112)和/或管道段(114)和所述供应和移除管道彼此电流隔离。
4.根据前一权利要求所述的装置(110)，其中，所述装置(110)包括绝缘体(124)，所述绝缘体被配置用于相应的管道(112)和/或管道段(114)与所述供应和移除管道之间的电流隔离，其中所述绝缘体(124)被配置为确保所述流体的自由流通。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(110)，其中所述管道(112)和/或管道段(114)中的多个或全部被串联和/或并联地配置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(110)，其中，所述装置(110)包括多个DC电流和/或DC电压源(126)，其中所述DC电流和/或DC电压源(126)被实施为具有或不具有用于至少一个电输出变量的闭环控制的选项。
7.根据前一权利要求所述的装置(110)，其中，用于连接所述DC电流或DC电压源(126)和相应的管道(112)和/或相应的管道段(114)的所述装置(110)包括2到N个正端子和/或导体(128)和2到N个负端子和/或导体(130)，其中N是大于或等于3的自然数。
8.根据两个前述权利要求中任一项所述的装置(110)，其中，相应的DC电流或DC电压源(126)被相同或不同地配置。
9.根据前一权利要求所述的装置(110)，其中，所述装置包括2到M个不同的DC电流和/或DC电压源(126)，其中M是大于或等于3的自然数，其中所述DC电流和/或DC电压源(126)是彼此独立地电可控的。
10.一种设备，包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的装置(110)。
11.根据前一权利要求所述的设备，其中，所述设备从包括以下项的组中选择：蒸汽裂化器、蒸汽重整器、用于烷烃脱氢化的装置。
12.一种用于通过使用根据涉及装置的前述权利要求中任一项所述的装置(110)来加热流体的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供用于接收所述流体的至少一个导电管道(112)和/或至少一个导电管道段(114)；
-在所述管道(112)和/或所述管道段(114)中接收所述流体；
-提供至少一个DC电流和/或DC电压源(126)，其中对每个管道(112)和/或每个管道段(114)相应地分配一个DC电流或DC电压源(126)，所述DC电流或DC电压源被连接到相应的管道(112)和/或相应的管道段(114)，
-通过各个DC电流和/或DC电压源(126)来在相应的管道(112)和/或相应的管道段(114)中产生电流，所述电流通过在所述电流通过传导管材料时产生的焦耳热来使相应的管道(112)和/或相应的管道段(114)升温，以用于加热所述流体的目的。
13.根据前一权利要求所述的方法，其中，要被热裂化的烃，具体地，要被热裂化的烃的混合物，作为流体被加热。
14.根据涉及方法的前述权利要求中任一项所述的方法，其中，水或蒸汽作为流体被加热，其中所述水或所述蒸汽更具体地被加热至550℃至700℃范围内的温度，并且所述流体另外包括要被热裂化的烃，具体地，要被热裂化的烃的混合物，其中要被加热的所述流体是要被热裂化的烃和蒸汽的预热混合物。
15.根据涉及方法的前述权利要求中任一项所述的方法，其中，重整炉中的燃烧空气作为流体被预热到例如在200℃至800℃、优选400℃至700℃范围内的温度。
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