CN116547065A - 用于进行化学反应的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在工艺流体中进行化学反应的反应器，其使用M相交流电流来加热工艺流体。反应器包括：反应器壁；至少一个M个反应管的群组，其中的每一个反应管具有在第一去除区域与第二去除区域之间延伸相应加热长度的能够电加热的加热区段，每个加热区段在延伸超过该加热区段的加热长度的20％至80％的区域中具有相应的馈送区域；导电的馈送元件，其中，每个群组M分配有与该群组的馈送区域连接的馈送元件，并且交流电流的不同相位可以馈送到分配至群组的不同馈送元件中；导电的第一去除元件和第二去除元件，每个群组分配有与该群组的第一或第二去除区域连接的M个第一去除元件和M个第二去除元件；和至少一个第一星桥和至少一个第二星桥，其中，每个群组分配有第一星桥和第二星桥，其中，对于每个群组，分配至该群组的第一去除元件与分配至该群组的第一星桥连接；并且分配至该群组的第二去除元件与分配至该群组配的第二星桥连接。

Description

用于进行化学反应的反应器

技术领域

本发明涉及一种在工艺流体中进行化学反应的反应器，其使用多相交流电流来加热工艺流体。

背景技术

在化学工业的一系列工艺中，使用反应器，其中，一种或多种反应物传导通过加热的反应管并在那里催化或非催化转化。加热尤其服务于克服对于化学反应发生的活化能要求。在克服活化能要求之后，反应可以整体吸热地或放热地进行。本发明尤其涉及强吸热反应。

这些工艺的示例是蒸汽裂解、不同的重整工艺，尤其是蒸汽重整、干重整(二氧化碳重整)、混合重整工艺、用于烷烃脱氢的工艺等。在蒸汽裂解中，反应管以在反应器中具有至少一个U形弯道的管线圈的形式受引导穿过反应器，而典型地没有U形弯道而延伸穿过反应器的管用在蒸汽重整中。

本发明适合于所有这些工艺和反应管的实施例。仅说明性地，参考Ullmann的工业化学百科全书(Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry)中的文章“Ethylene”、“Gas Production”和“Propenes”，例如，2009年4月15日的出版物DOI：10.1002/14356007.a10_045.pub2、2006年12月15日的出版物DOI：10.1002/14356007.a12_169.pub2和2000年6月15日的出版物DOI：10.1002/14356007.a22_211。

传统上通过使用燃烧器加热相应反应器的反应管。反应管受引导通过也布置有燃烧器的燃烧室。

当前，对在没有或具有减少的局部二氧化碳排放的情况下生产的合成气体和氢气的需求正在上升。然而，基于典型地化石能源载体的燃烧，使用燃烧反应器的工艺不能满足该需求。例如，其他工艺归因于高成本而被拒绝。同样的情况也适用于通过蒸汽裂解或烷烃脱氢提供烯烃和/或其他碳氢化合物。在这些情况下，也存在对于至少现场排放较少量的二氧化碳的工艺的期望。

WO 2015/197181 A1公开一种反应器，其中，加热流动通过管道的流体，其中，导电管道连接到交流电流源的多个相位，以使得形成星点电路并根据管道的电阻生成热量。

就设计而言，所加热的管长度且因此还有欧姆电阻受限制。结果是高电流强度和低电压的电力源，以能够将所需加热电力引入管道中，使得需要就机械和材料而言复杂的高电流馈送。

发明内容

该目的由用于进行化学反应的反应器实现，所述反应器具有独立权利要求的特征。

本发明使用措施：将每个反应管仅与一个相位连接并经由多个反应管建立相位平衡。与反应管与多个相位连接的布置相比，反应管中的每个相位所加热的长度以及因此电阻增加。这赋能在恒定电流强度的更高功率输入(因为P＝R·I²，其中，P：功率，R：电阻，i：电流强度)，这可以通过增加电压得以实现。由于经由相应馈送元件对于每个反应管仅存在一个电流馈送，因此可以减少技术复杂的高电流馈送的数量和其中发生的电力损耗。

用于在工艺流体中进行化学反应的反应器，其使用多相交流电流来加热工艺流体，其中，交流电流具有数量M个相位，其中，M是大于1的整数，反应器包括：隔热反应器壁形成的反应器容器；和至少一个具有多个反应管的群组，其中，每个群组包括M个反应管，M个反应管中的每一个具有在相应反应管的第一去除区域和第二去除区域之间延伸相应加热长度在的能够电加热的加热区段，其中，加热区段以其加热长度的至少95％被布置在所述反应器容器内并且各自在延伸超过该加热区段的加热长度的20％至80％的区域中具有馈送区域；说明书中的百分比“20％至80％”指代加热长度内的位置，即，0％表示第一(或第二)去除区域的位置，50％表示加热区段的中间，100％表示第二(或第一)去除区域的位置(即，并非意指比例)。

在经由馈送元件与电力源连接的馈送区域处，在每种情况下，交流电流的一个相位被馈送或供应到加热区段，即，施加对应于相应相位的交流电压。在经由去除元件与星桥连接的去除区域处，交流电流的相应相位从加热区段去除或释放。星桥用以平衡交流电流的不同相位。

反应管是电可加热的或者具有电可加热的加热区段的事实意味着用于反应管并且特别是加热区段的材料是具有适合于电加热的导电性的材料。示例是耐热钢合金、特别是耐热铬镍钢合金。这些钢合金也可以用于电力连接件(电流经由其传导到反应器容器中)，即，馈送元件和去除元件。例如，可以使用根据DIN EN 10027,Part 1,“Materials”的具有标准名称的材料：GX40CrNiSi25-20、GX40NiCrSiNb35-25、GX45NiCrSiNbTi35-25,GX35CrNiSiNb24-24、GX45NiCrSi35-25、GX43NiCrWSi35-25-4,GX10NiCrNb32-20、GX50CrNiSi30-30、G-NiCr28W、G-NiCrCoW,GX45NiCrSiNb45-35、GX13NiCrNb45-35、GX13NiCrNb37-25或GX55NiCrWZr33-30-04。

反应器壁包围的区域被至少一个反应器壁在所有空间方向上围绕。通常，反应器壁由以包围区域的方式连结在一起的多个单独壁形成。因此，它也可以称为一组反应器壁，但为了简单，使用术语“反应器壁”。所包围的区域并且因此反应器壁可以具有任何体积形状，但优选地正方形棱柱的形状。反应器壁可以具有密封的结构元件(例如，馈通件或观察窗)，但也可以具有优选地用于调适反应器壁内的气氛的永久打开和/或可闭合的开口，作为与装置的其他部分的连接，例如，惰性气体的入口喷嘴或通向烟囱道的出口开口。

反应器壁形成反应器容器(其也可称为反应器盒)，即，反应器壁构成反应器容器的一个或多个壁。因此，术语“反应器壁”在此不应理解为意指用于工艺流体的箱子。由反应器壁包围的区域是反应器容器的内部。在描述的其余部分中，出于简单的原因，反应器容器内(即，反应器容器的内部中)的区域也称为“反应器壁内”。“反应器壁内”的表述因此意指由反应器壁包围的区域内。同样，反应器容器外部的区域也称为“反应器壁外部”。

反应器壁减少热损耗并保护反应器容器或反应器的周围免受热量的影响。因此，加热长度应实质上处于由反应器壁包围的区域内，即，反应器容器的内部中，根据本发明至少达95％、优选地至少达98％、进一步优选地达100％(即，加热区段完全在由反应器壁包围的区域内)。这种布置优选地是对称的，即，如果存在(加热区段并非100％地在由反应器壁包围的区域内)，则处于反应器容器外部的加热区段中的那些区段相对于加热长度对称地加以布置。具体而言，去除区域可以居于反应器壁外部。

馈送区域在每种情况下优选地被布置在加热区段的延伸其加热长度的30％到70％的区域中、进一步优选地在加热区段的延伸其加热长度的40％到60％的区域中、且最优选地在加热区段的延伸其加热长度的45％到55％的区域中。这对应于从馈送区域到第一去除区域和第二去除区域的电流对称划分。

反应器还包括导电的馈送元件，其中，每个群组分配有与该群组的馈送区域导电连接的M个馈送元件，其中，交流电流的不同相位被馈送或能够被馈送到分配至该群组的不同馈送元件中。馈送元件延伸穿过反应器壁，并且原则上构成电力馈送或电力连接件。反应器还包括导电的第一去除元件和第二去除元件，每个群组分配有与该群组的第一去除区域或第二去除区域导电连接的M个第一去除元件和M个第二去除元件；去除元件用于耗散经由馈送元件和馈送区域供应的电流。馈送元件充当高电流馈送。

可以借助形状配合连接或力配合连接(例如，套筒)或整体连接(例如，焊接连接)进行馈送元件与馈送区域之间或去除元件与去除区域之间的导电连接，其中，组合是可设想的。

反应器还包括至少一个导电的第一星桥和至少一个导电的第二星桥，其中，每个群组分配有第一星桥和第二星桥，其中，对于每个群组，与分配至该群组的第一去除元件导与分配至该群组的第一星桥导电连接，并且分配至该群组的第二去除元件与分配至该群组的第二星桥导电连接。通过星桥建立相位之间的电势平衡。

优选地，至少一个第一星桥和至少一个第二星桥被布置在反应器容器外部。将星桥布置在反应器容器外部(即，反应器壁外部)的一个优点在于，可以在那里使用具有比在反应器容器内的布置必要的更低耐热性的材料。因此可以选择具有高导电性的材料，例如，铜。

因此，在不同相位之间，即，在不同反应管之间，跨越星桥的电阻显著小于跨越由与反应管连接的流体供应管和流体供应歧管或与反应管连接的流体排放管和流体排放歧管形成的连接件的电阻。流体供应管应意指工艺流体供应到相应反应管所通过的管；对应地，流体排放管应意指工艺流体从相应反应管排放所通过的管。流体供应歧管是与多个供应管连接的管，用于将出自装置的其他部分的工艺流体分配到多个反应管。流体排放歧管是与多个排放管连接的管，用于在化学反应之后收集出自多个反应管的物料以进一步转移到装置的其他部分。流体供应管连同流体供应歧管一起称为流体供应管组件或供应集管；流体排放管连同流体排放歧管一起称为流体排放管组件或排放集管。流体供应管组件和流体排放管组件分别形成反应管之间的与第一星桥和第二星桥平行的电气连接件。

优选地，就跨越流体供应管组件和/或流体排放管组件的电路而言，跨越第一星桥和/或第二星桥的群组中的两个反应管之间的电阻是与其平行的电阻的至多50％、进一步优选地至多25％、最优选地至多10％。

这是尤其有利的，因为电势平衡在此情况下实质上经由星桥实现，由此减少流体供应管组件与流体排放管组件之间的电势差的发生，该电势差可能导致经由反应器外部的装置的部件的电流。

优选地，第一去除区域和第二去除区域被布置在反应器容器内，其中，第一去除元件和第二去除元件具有细长形状并延伸穿过反应器壁；其中，进一步优选地，加热区段完全被布置在反应器容器内。因此可以减少热损耗。

优选地，如果至少一个第一星桥中的一个第一星桥分配至多个群组，则同一第二星桥分配至该多个群组。

此外，对于至少一个群组中的一个群组，分配至该群组的所述第一星桥和所述第二星桥借助桥连接件彼此导电连接。因此可以平衡星桥之间的可能电势差。如果至少一个群组包括多个群组，则对于不同群组可以存在该布置。

反应器优选地包括一个或多个交流电流源，其中，每个交流电流源提供交流电流，该交流电流具有在M个相位线(U、V、W)上的M个相位；其中，每个群组分配有一个或多个交流电流源中的一个；其中，对于每个群组，分配至该群组的馈送元件与分配至该群组的交流电流源的相位线连接。

优选地，在一个或多个交流电流源中的至少一个交流电流源中形成至少一个星点，其中，对于至少一个群组中的群组，分配至该群组的第一星桥和/或第二星桥经由一个或多个中性导体(N)与分配至该群组的交流电流源的星点连接。这允许相位之间的电流强度的特定变化。

优选地，一个或多个交流电流源中的一个交流电流源分配至多个群组，其中，该多个群组分配有相同的第一星桥和相同的第二星桥。

加热区段中的每一个具有通过一个或多个U形弯道而彼此连接的多个直管区段，其中，进一步优选地，管区段的数量是偶数。因此，形成管线圈，其赋能反应器的紧凑设计。

馈送区域优选地均位于U形弯道中的一个U形弯道处。由于U形弯道位于外部，靠近反应器壁，因此由馈送元件形成的高电流馈送可以保持得相对短。

优选地，去除元件与电绝缘保持设备连接以用于与支撑结构连接，其中，保持设备以电绝缘方式与相应去除元件连接和/或保持设备自身是电绝缘的。具体而言，如果去除元件延伸穿过反应器壁，则它们也可以承担承载功能。例如，支撑结构是生产装置的其中安装有反应器的部分。

此外，对于每个反应管，优选地提供至少一个承载设备以用于与所述支撑结构连接，承载设备与反应管连接，其中，至少一个承载设备以电绝缘方式与反应管连接和/或自身是电绝缘的，并且进一步优选地位于U形弯道之一中。

优选地，借助合适的设备(例如，密封波纹管)使得用于去除元件以及用于流体排放管和流体供应管的所有穿过反应器壁的馈通件成为气密的。这种用于气密性的设备被设计为电绝缘的，以使得受馈送通过的部件与反应器壁之间不存在电接触。也可以提供这种设备以用于执行电流馈送(即，用于馈送元件)，特别是如果仅小的热平衡移动发生，例如，当电流馈送被布置在顶部时，如图2所示。

以弧度为单位表示的交流电流的两个彼此不同的相位之间的相移是2π·k/M，其中，k在每种情况下是从1到M-1的范围中的整数。在对称负载的情况下，相位因此在星点处或星桥中彼此抵消。

化学反应可以是至少部分地在200℃至1700℃、特别是300℃至1400℃或400℃至1100℃的范围中的温度下进行的化学反应。化学反应优选地是至少部分地在至少500℃的温度、更优选地至少700℃的温度、特别是至少部分地在500℃或700℃至1100℃的温度范围中发生的反应。因此，所提供的电压/电流适合于提供适当的加热电力。反应器和电力源同样被配置为在这些温度进行化学反应并提供对应加热电力。优选地，化学反应是以下之一：蒸汽裂解、蒸汽重整、干重整(二氧化碳重整)、丙烷脱氢、通常至少部分地在高于500℃下进行的与碳氢化合物的反应。

以下首先参照用于蒸汽裂解或蒸汽重整的反应管和反应器描述本发明。然而，本发明也可以用在其它反应器类型中。通常，如所提及的那样，根据本发明提出的反应器可以用于进行所有吸热化学反应。

以下参照示出本发明实施例的附图更详细地解释本发明。

附图说明

图1示出根据本发明的优选实施例的与交流电流源连接的反应器的透视图；

图2示出根据本发明的另外优选实施例的反应器的正视图；以及

图3示出根据本发明的另外优选实施例的反应器的正视图。

具体实施方式

在附图中，在结构上或功能上彼此对应的要素由相同或相似的参考符号表示，并且为了清楚起见，不反复解释。

图1示出根据本发明的优选实施例的与交流电流源10连接的反应器2的(大)透视图。反应器2具有：隔热反应器壁4，其轮廓在图中指示为虚线；和待加热的工艺流体(化学反应待发生于其中)流动通过的多个反应管6u、6v、6w。如上所述，反应器壁形成反应器容器。反应管形成群组。(群组中的)反应管的数量对应于交流电流源的相位的数量；在此，例如，3个相位，虽然大于或等于2的另一数量也是可能的。通常，可以提供反应管的多个群组，其中，每个群组中的反应管的数量对应于相位的数量。在该一般情况下，可以提供一个或多个交流电流源，其中，一个交流电流源的相位端子也可以与不同群组中的反应管连接，即，一个交流电流源可能向一个或多个群组的反应管供应交流电流；这些一个或多个群组分配有向其供应交流电流的交流电流源。

反应管6u、6v、6w中的每一个具有加热区段20，加热区段20在第一去除区域22与第二去除区域23之间延伸。为了使附图更清楚，参考符号仅在此处和以下用以表示若干相似要素之一。第一去除区域22和第二去除区域23之间的反应管的长度(即，加热区段20)称为加热长度。这在此在由反应管中的每一个形成的管线圈的若干匝上延伸。每个反应器管的加热区段20被布置在反应器壁4内。

更一般地，去除区域22、23(与图1不同)也可位于反应器壁外部；在此情况下，示出于图2中，加热区段延伸穿过反应器壁(其中，位于反应器壁外部的加热区段中的区段应尽可能小，以便避免热损耗)，其中，加热区段应以其加热长度的至少95％位于反应器壁内。

对于在其中加热工艺流体的加热区段行进通过的反应器2的区域至少达大部分，反应器壁4形成实质上(除用于供应或排放工艺气体、馈送或去除电流等的馈通件之外)闭合的外壳。工艺流体的供应和去除借助与反应管连接的流体供应管26或流体排放管27来进行，反应管中的每一个与流体供应歧管28或流体排放歧管29连接，经由流体供应歧管28或流体排放歧管29，工艺流体从一个的其他生产装置部件传导到反应器，并且在化学反应之后再从反应器排放到这些生产装置部件。流体供应管26连同流体供应歧管28一起形成所谓的供应集管(流体供应组件)；流体排放管27连同流体排放歧管29一起形成所谓的排放集管(流体排放组件)。

近似在第一去除区域22和第二去除区域23之间的加热长度的中间、更一般地20％至80％之间，每个反应管6u、6v、6w或其相应加热区段20具有馈送区域24。馈送区域24中的每一个与导电的馈送元件32导电连接，馈送元件32进而与交流电流源10的相位或相位线U、V、W导电连接。代表电流端子的馈送元件32可以说延伸穿过反应器壁4并具有例如细长形状，其一端与相应馈送区域24连接，并且其另一端与相位线U，V，W之一连接。与一个群组的馈送区域连接的馈送元件分配至该相应群组。

交流电流源10优选地提供具有预定交流电压的多相交流电流，在此，是三相交流电流。更一般地，不同数量M的相位也是可设想的。优选地选择相位之间的相移，以使得电压或电流在星点处彼此抵消，即，两个任意相位之间的相移可以以弧度为单位表示为2π·k/M或以度数为单位表示为360°k/M，其中，k是1到M-1的范围中的整数。在三个相位的情况下，因此是2π/3或4π/3，对应于120°或240°。在此情况下，获得两个连续相位之间的相位差，即k＝1，相位差为2π/M。

交流电流源10可以被设计为交流电流变压器、特别是高电流变压器。在此仅以象征一次侧变压器线圈12的阴影框的形式示出例如来自公共供电网络或发电机的一次侧(即，电力源10的交流电流源)。图中未示出一次侧电源线。一次侧交流电压可以典型地是几百至几千伏(例如，400V、690V或1.2kV)。在电力源10的一次侧与可能公共供电网络或发电机之间，可以插入至少一个另外变压器(未示出；可能地，至少一个调节变压器，其使得可能控制二次侧交流电压或将其调整在特定电压范围内)，以获得用于高电流变压器的合适输入电压。代替或除了这种所插入的至少一个变压器之外，也可以借助于一个或多个晶闸管电力控制器来设置输入电压。

在二次侧，提供相位线或相位端子U、V、W，在其上提供交流电流的相位。经由未详细示出的二次侧变压器线圈给相位线U、V、W供应电能(仅示出相位线延伸通过一次侧变压器线圈12，以指示它们彼此电磁相互作用)。二次侧交流电压可以便利地位于高达300V的范围中(例如，小于150V或小于100V、甚至小于或等于50V)。二次侧与一次侧电隔离。

相位线U、V、W在交流电流源10中彼此连接，以使得形成交流电流源10的星点14。该星点14的接地优选地被摒弃。星点14可选地与中性导体N连接。

第一去除区域22与导电的第一去除元件34导电连接，第一去除元件34进而通过导电的第一星桥36彼此导电连接。第二去除区域23与导电的第二去除元件35导电连接，第二去除元件35进而通过导电的第二星桥37彼此导电连接。与一个群组的去除区域连接的去除元件分配至该相应群组。

优选地，第一去除元件34和第二去除元件335延伸穿过反应器壁4，其中，进一步优选地(如图1所示)，第一星桥36和第二星桥37位于反应器壁37外部。如果去除区域处于反应器壁外部，则去除元件不延伸穿过反应器壁。

此外，优选地提供与去除元件34、35连接的保持设备40，并且保持设备40以电绝缘方式与去除元件34、35连接和/或自身是电绝缘的。去除元件在此情况下可以具有细长形状，其中，去除元件的去除端连接到去除区域，并且相对保持端连接到保持设备。保持设备40被配置为能够连接到其中安装有反应器的生产装置的支撑结构(未示出)。它们因此特别用于固定或承载反应器管(和与它们连接的元件)。附加地或替代地，可以提供与加热区段20连接的承载设备(未示出)，所述承载设备以电绝缘方式与加热区段20连接和/或自身是电绝缘的，并且延伸穿过反应器壁以连接到支撑结构，使得反应器管借助承载设备而被保持。

交流电流因此经由馈送区域24被馈送或引入到加热区段20中，并经由去除区域22、23从后者去除。从加热区段20的馈送区域24开始，电流根据相应电阻首先流向第一去除区域22并且然后流向第二去除区域23。由于不同反应管6u、6v、6w被馈送以交流电流的不同相位U、V、W，因此当相位之间存在相应相移时，电势平衡在两个星桥36、37中理想地发生(即，具有对称负载)。就电路而言，星桥形成消费者侧的星点。

可选地，提供一个中性导体N或多个中性导体，星桥36、37经由其与交流电流源10导电连接。

优选地，还提供至少一个导电的桥连接件38，其与第一星桥36和第二星桥37二者导电连接。

图1所示的反应管6u、6v、6w或其加热区段20被设计为管线圈，即，包括直管区段42，直管区段42经由下U形弯道44和上U形弯道45彼此连接。在所示实施例中，馈送区域24均提供于下U形弯道处。第一去除区域22和第二去除区域23在此例如被布置在肘区域中的管区段42的上端处，在肘区域中，对应管区段42分别重叠到流体供应管22和流体排放管23中。然而，也可能在管线圈的其他区域中提供去除区域和馈送区域。

在所示示例中，馈送区域24与第一去除区域22或第二去除区域23之间的区段的长度在每种情况下包括三个直管区段，并且因此比以下情况的管道(如在现有技术中)显著更长：该管道与三个相位连接(更准确地说，在每个下U形弯道处与一个相位连接)并且管道中直管区段在其相对端彼此导电连接。也就是说，与一个相位连接的反应管的长度大约是三倍长，并且具有对应更高的电阻。在恒定电流强度下，因此每个相位和反应管产生对应更高的加热电力，具体而言，更少的高电流馈送成为必须。

术语“顶部”/“底部”仅指代图中的定向，即，它们用于区分相应U形弯道。管线圈的实际定向(即，相对于地球的引力场)也可以不同，例如，管线圈可以放下(管区段水平行进)，或者布置可以与所示的布置相比颠倒过来(去除元件、星桥和供应/排放集管在底部；馈送元件在顶部)。

在图1中，反应器6u、6v、6w中的每一个或每个加热区段20例如具有6个直管区段42，即，划分为3个U形区段，3个U形区段经由上U形弯道45彼此连接。不同的数量在此也是可能的(例如，2个直管区段(1个U形区段)、4个直管区段(2个U形区段；见图2)、8个直管区段(2个U形区段)等)。原则上，奇数数量的直管区段也是可能的；见图3。

在图1中，在每个加热区段20中，馈送区域24正好位于第一去除区域22与第二去除区域23之间的加热长度的中间。在此，偏差也是可能的，即，第一去除区域22与馈送区域24之间的加热区段(第一加热区段)的长度(第一加热长度)可以不同于馈送区域24与第二去除区域23之间的加热区段(第二加热区段)的长度(第二加热长度)。电流于是根据这两个区段(第一加热区段/第二加热区段)的电阻得以分流，以使得可以在两个区段中实现不同的加热电力。

图1仅示出具有多个(三个，作为示例)反应管的一个群组。通常，反应器可以包括多个这样的群组，其中，可以提供一个或多个交流电流源，其中的每一个交流电流源分别为一个或多个群组提供交流电流，即，同一交流电流源分配至一个或多个群组。也可以提供多个第一星桥和多个第二星桥，其中，单个第一/第二星桥可以与分配至不同群组的去除元件连接，即，同一第一/第二星桥分配至这些不同群组，其中，优选地，分配有同一第一星桥的群组也分配有同一第二星桥。优选地，如果多个群组分配有同一交流电流源，则这些多个群组也应分配有同一第一星桥和同一第二星桥。

图2示出根据本发明的另外优选实施例的反应器52的前视图。与图3一样，该图用于示出反应管或管线圈的不同设计以及用于电力源的对应连接选项，并且因此仅示出反应管之一及与其的连接。与所示的相同方式设计原则上以距离所示反应管一定距离垂直于绘图平面布置(“平行移置”)的(对应于交流电流源的相位的数量的)其他反应管，其中，差别在于它们的馈送区域连接到不同相位。要素的细节或属性在以下不再重复，除非与图1中的不同；结合图1的描述的解释在此适用。

反应器52再次具有反应器壁54和反应管(其被布置在垂直于绘图平面的方向上)，其中，作为代表性示例，仅一个反应管56u在前视图中是可见的。每一个反应管56u具有加热区段20，加热区段20具有在与第一去除元件34连接的相应第一去除区域22和与第二去除元件35连接的相应第二去除区域23之间延伸的加热长度。第一去除元件34由垂直于绘图平面延伸的第一星桥36连接；第二去除元件35由同样垂直于绘图平面延伸的第二星桥37连接。

每个反应管56u或每个加热区段由直管区段42组成，直管区段42通过下U形弯道44和上U形弯道45彼此连接，以形成由4个直管区段(2个U形区段)组成的管线圈；具有另一数量的管区段(例如，具有8或12个直管区段(4或6个U形区段)等)的相似布置也是可能的。

与图1不同的是，馈送区域24在此情况下并非位于下U形弯道中，而是位于上U形弯道45中，即，再次位于加热区段的中间。也就是说，去除区域22、23和馈送区域24位于反应器的同一侧(顶部)。在此可见的反应器管56u的馈送区域24与交流电流源的相位线U(未更详细地示出)连接。因此，其他不可见的反应器管的馈送区域与交流电流源的其它相位线连接。不同相位的电势平衡再次跨越星桥36、37而发生，使得就电路而言星桥再次形成消费者侧星点。

无论管线圈的形状如何，在图2的实施例中，第一去除区域22和第二去除区域23位于反应器壁54外部。当然，如图1中的配置也是可能的，其中，去除区域位于反应器壁内。

再次，也可以提供与第一星桥36和第二星桥37二者导电连接的导电桥连接件和/或将星桥连接到交流电流源的星点的一个或多个中性导体。同样，可以提供保持设备40和/或承载设备。这些元件大部分未示出于图2中。

图3示出根据本发明的另外优选实施例的反应器62的前视图。与图2一样，该图用于示出反应管或管线圈的不同设计以及用于电力源的对应连接选项，并且因此仅示出反应管之一及与其的连接。与所示的相同方式设计原则上以距所示反应管一定距离垂直于绘图平面布置(“平行移置”)的(对应于交流电流源的相位的数量的)其他反应管，其中，差别在于它们的馈送区域与不同相位连接。要素的细节或属性在以下不再重复，除非与图1中的不同；结合图1的描述的解释在此适用。

反应器62再次具有反应器壁64和反应管(其被布置在垂直于绘图平面的方向上)，其中，作为代表性示例，仅一个反应管66u在前视图中是可见的。每一个反应管66u具有加热区段20，加热区段20具有在与第一去除元件34连接的相应第一去除区域22和与第二去除元件35连接的相应第二去除区域23之间延伸的加热长度。第一去除元件34由垂直于绘图平面延伸的第一星桥36连接；第二去除元件35由同样垂直于绘图平面延伸的第二星桥37连接。

每个反应管56u或每个加热区段由通过下U形弯道44和上U形弯道45彼此连接以形成管线圈的直管区段42组成。与前述实施例不同的是，提供奇数数量的直管区段42(在此，例如，5个，虽然另一奇数也是可设想的)。一方面，这导致第一去除区域22(并且相应地，第一去除元件34)被布置在顶部，而第二去除区域23(并且相应地，第二去除元件35)被布置在底部。关于术语“底部”/“顶部”，参见上述解释。

另一方面，这也导致也被布置在U形弯道中(例如，在上U形弯道45中，虽然下U形弯道44中的布置同样是可能的)的馈送区域23并非位于加热区段20的中间(即，不在加热长度的50％处)。而是，馈送区域23与第一去除区域22之间的区段的长度略短于馈送区域23与第二去除区域24之间的区段的长度。原则上，将也可能(在所有实施例中)将馈送区域布置在直管区段中，但布置在U形弯道中是优选的，因为这通常意味着必须用高电流强度(例如，若干kA)传导电流的馈送元件的长度并且因此电阻可以保持得相对低，导致对应高电力损耗。

图3的实施例的去除区域位于反应器壁54内，使得去除元件延伸穿过反应器壁，虽然去除区域被布置在反应器壁外部的实施例显然也是可设想的。

同样，可以提供将星桥连接到交流电流源的星点的一个或多个中性导体(图3中未示出)。同样，可以提供保持设备40和/或承载设备(未示出)。

Claims (14)

1.一种用于在工艺流体中进行化学反应的反应器(2；52；62)，所述反应器(2；52；62)使用多相交流电流来加热所述工艺流体，其中，所述交流电流具有数量M个相位，其中，M是大于1的整数，所述反应器(2；52；62)包括：

由隔热反应器壁(4；54；64)形成的反应器容器；

至少一个具有多个反应管(6u、6v、6w、56、66)的群组，其中，每个群组包括M个反应管，其中，所述M个反应管中的每一个具有能够电加热的加热区段(20)，所述加热区段(20)在相应的反应管的第一去除区域(22)和第二去除区域(23)之间延伸相应的加热长度，其中，所述加热区段以其加热长度的至少95％被布置在所述反应器容器内并且各自在延伸超过所述加热区段的所述加热长度的20％至80％的区域中具有馈送区域(24)；

导电的馈送元件(32)，其中，每个群组M分配有与所述群组的所述馈送区域导电连接的馈送元件，其中，所述交流电流的不同相位被馈送或能够被馈送到分配至群组的不同馈送元件中；

导电的第一去除元件(34)和第二去除元件(35)，其中，每个群组分配有与所述群组的所述第一去除区域或所述第二去除区域导电连接的M个第一去除元件和M个第二去除元件；

至少一个导电的第一星桥(36)和至少一个导电的第二星桥(37)，其中，每个群组分配有第一星桥和第二星桥，其中，对于每个群组，分配至所述群组的所述第一去除元件与分配至所述群组的所述第一星桥导电连接，并且分配至所述群组的所述第二去除元件与分配至所述群组的所述第二星桥导电连接。

2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述至少一个第一星桥(36)和所述至少一个第二星桥(37)被布置在所述反应器容器外部。

3.根据权利要求2所述的反应器，其中，所述第一去除区域(22)和所述第二去除区域(23)被布置在所述反应器容器内，并且其中，所述第一去除元件(34)和所述第二去除元件(35)具有细长形状并延伸穿过所述反应器壁；其中，优选地所述加热区段(20)完全被布置在所述反应器容器内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，如果所述至少一个第一星桥中的一个第一星桥分配至多个群组，则同一第二星桥分配至该多个群组。

5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，对于所述至少一个群组中的一个群组，分配至所述群组的所述第一星桥(36)和所述第二星桥(37)借助桥连接件(38)彼此导电连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述反应器包括一个或多个交流电流源(10)，其中，每个交流电流源提供交流电流，所述交流电流具有在M个相位线(U、V、W)上的M个相位；其中，每个群组分配有所述一个或多个交流电流源中的一个；其中，对于每个群组，分配至所述群组的所述馈送元件与分配至所述群组的所述交流电流源的所述相位线连接。

7.根据权利要求6所述的反应器，其中，在所述一个或多个交流电流源中的至少一个交流电流源中形成至少一个星点(14)，其中，对于所述至少一个群组中的群组，分配至所述群组的所述第一星桥和/或所述第二星桥经由一个或多个中性导体(N)与分配至所述群组的所述交流电流源的所述星点连接。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的反应器，其中，所述一个或多个交流电流源中的一个交流电流源分配至多个群组，其中，同一第一星桥和同一第二星桥分配至所述多个群组。

9.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述加热区段中的每一个具有通过一个或多个U形弯道(44、45)而彼此连接的多个直管区段(42)，其中，优选地所述管区段的数量是偶数。

10.根据权利要求9所述的反应器，其中，所述馈送区域(22、23)各自位于所述U形弯道(44)中的一个U形弯道(44)处。

11.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述去除元件(34、35)与电绝缘的保持设备(40)连接以与支撑结构连接，其中，所述保持设备以电绝缘方式与相应的所述去除元件连接和/或所述保持设备自身是电绝缘的。

12.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，对于每个反应管，提供至少一个承载设备以与所述支撑结构连接，所述承载设备与所述反应管连接，其中，所述至少一个承载设备以电绝缘方式与所述反应管连接和/或所述至少一个承载设备自身是电绝缘的，并且如果引用权利要求9，则所述至少一个承载设备优选地位于所述U形弯道中的一个U形弯道中。

13.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，以弧度表示的所述交流电流的两个彼此不同的相位之间的相移是2π·k/M，其中，k在每种情况下是从1到M-1的范围中的整数。

14.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述化学反应是至少部分地在至少500℃的温度下发生的化学反应；其中，所述化学反应优选地是以下反应中的一个：蒸汽裂解、蒸汽重整、干重整、丙烷脱氢、至少部分地在高于500℃下进行的与碳氢化合物的反应。