CN116783442A - 电加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电加热装置(1)，该电加热装置至少包括：‑具有限定空间(3)的壁(2A，2B)的电加热炉(2)；‑穿过空间(3)的第一排(4)管(10)，其中管(10)具有位于空间(3)外部的入口(11)和出口(12)；‑穿过空间(3)的第二排(14)管(10)，其中管(10)具有位于空间(3)外部的入口(11)和出口(12)；‑位于空间(3)中的第一组(5)电辐射加热元件(20)，其中第一组(5)包括位于第一排(4)管(10)与第二排(14)管之间的电辐射加热元件(20)。
Description
本发明涉及一种电加热装置，具体地用于在高温下进行气体转化反应或加热流体的电加热装置。
各种电加热反应器是本领域已知的。
例如，WO2020/002326A1公开了一种反应器构造，其包括限定空间的至少一个电加热炉，其中至少一个反应管放置在炉空间中。使用至少一个电辐射加热元件加热反应管。
与上述或其它已知的电反应器相关的问题是已知的电反应器使用炉壁来支撑电辐射加热元件。
另一个问题是可能发生至少一个电辐射加热元件局部过热。
另一个问题是在电辐射加热元件过早失效或老化的情况下需要关闭该炉。
本发明的目的是克服或最小化上述或其他问题中的一个或多个问题。
本发明的另一个目的是提供一种替代的电加热装置，具体地用于高温反应(诸如高于400℃)、在高温下加热流体以及用于(使用多个管的)大规模应用的电加热装置。
上述或其他目的中的一个或多个目的可通过提供一种电加热装置来实现，该电加热装置至少包括：
-电加热炉，该电加热炉具有限定空间的壁；
-穿过该空间的第一排管，其中管具有位于该空间外部的入口和出口；
-穿过该空间的第二排管，其中管具有位于该空间外部的入口和出口；
-位于该空间中的第一组电辐射加热元件，其中该第一组包括位于第一排管与第二排管之间的电辐射加热元件。
根据本发明令人惊讶地发现，根据本发明的装置可在旨在用于(使用多个管的)大规模应用的装置中提供对管和流过该管的流体的精确温度控制。因此，减少了不需要的副产物(诸如焦炭形成)的产生并且延长了装置的运行时间。
本发明的另一个优点是，即使当存在多个管时，该装置也具有令人惊讶地简单且紧凑的设计(针对给定数量的管)。鉴于紧凑设计，可能需要更少的电辐射加热元件。由于其紧凑设计，较少的炉空间暴露于外部环境条件，从而减少热量损失并因此使得更经济地运行。
而且，在电辐射加热元件过早失效或老化的情况下，它们能够以相对容易的方式被更换，而不需要关闭装置。
本领域技术人员将易于理解，电加热装置可广泛地变化并且可包括若干附加元件。由于本领域技术人员熟悉如何设计电加热装置，因此在此不作详细讨论。
如上所述，该装置包括具有限定(炉)空间的壁的电加热炉。该炉的壁通常包括一些耐火材料和隔热体，以避免过度的热量泄漏到炉外部。电加热炉可提供有一些非电加热(并非作为放热反应的结果而提供)，但优选地至少50％、优选地至少80％、最优选地全部的加热由电加热提供。
穿过该空间的第一排管和第二排管可广泛地变化，前提条件是这些管在该空间外部具有入口和出口。仅作为示例，管不必为直的(尽管优选为直的)，而是可具有例如S形或U形。在使用U形管的情况下，管的入口和出口均可位于一侧(例如位于顶部)。优选地，第一排管和第二排管基本上平行地延伸。在装置为反应器形式(因此其不仅仅用于加热)的情况下，管可称为“反应管”。
对(位于炉空间中的)第一组电辐射加热元件没有特别限制。通常，对于电辐射加热元件的加热，使用电阻加热(其利用“焦耳效应”)。通常，电辐射加热元件适于被加热到高于300℃的温度。优选地，电辐射加热元件适于被加热到400℃至1600℃范围内的温度。优选地，电辐射加热元件包括基于NiCr、SiC、MoSi2或FeCrAl的电阻加热元件。优选地，电辐射加热元件由SiC制成，因为这种材料在热条件下保持其强度(并且因此不需要在炉空间中存在支撑壁)。
本领域技术人员将容易理解，电辐射加热元件可采取许多不同的形状，诸如棒、板、片、栅格、其上缠绕有加热丝的(例如陶瓷)棒等。
根据本发明，第一组电辐射加热元件至少包括位于第一排管与第二排管之间的电辐射加热元件。位于第一排管与第二排管之间的第一组中的这些加热元件可取决于装置的设置而被放置在彼此之上或彼此相邻，但优选地放置在彼此之上。除了位于第一排管与第二排管之间的加热元件之外，第一组可包括另外的电辐射加热元件。
根据本发明的装置的优选实施方案，第一组电辐射加热元件包括位于空间的侧壁与第一排管之间的电辐射加热元件。在存在若干排管的情况下，优选地，加热元件存在于空间的侧壁与最靠近侧壁的一排管之间。加热元件存在于空间的侧壁与最靠近侧壁的一排管之间允许最小化由外部的冷表面引起的(管的表面上的)热通量的不均匀性。
此外，优选的是，该装置包括第三排管和其他排管，其中电辐射加热元件定位在这些排之间。因此，在后一种情况下，第一组电辐射加热元件包括位于每排管之间的电辐射加热元件。再次，第一组加热元件可包括位于每排管之间的若干加热元件；优选地，此类加热元件在每排管之间放置在彼此之上。
根据优选实施方案，每排管包括至少十个管。优选地，特定排中的管基本上平行地延伸。
此外，优选的是，管以基本上竖直的方式延伸。在管的此类竖直设置中，优选的是流过管的流体向下流动。因此，在这种情况下，管的入口位于顶部并且出口位于底部。
根据本发明的装置的一个特别优选的实施方案，该装置还包括位于空间中的第二组电辐射加热元件，其中第二组中的加热元件基本上垂直于第一组中的加热元件延伸。以此方式，第一组和第二组(以及另外的组)中的加热元件形成“网格状”图案，从而增加从加热元件到管(的圆周)的热传递的均匀性。第二组中的电辐射加热元件可与第一组中的加热元件相同或相似。
此外，优选的是，电辐射加热元件以基本上水平的方式延伸。
为了避免管的过度过热，优选的是电辐射加热元件不与管直接接触。换句话说，加热元件与管不彼此接触，至少不位于炉空间中。
尽管加热元件可具有许多形式，但特别优选的是，电辐射加热元件是管状加热元件，即呈棒的形式。合适的管状加热元件的示例是可商购获得的碳化硅(SiC)棒。
此类管状SiC加热元件允许实现炉空间的紧凑设计，还因为管状加热元件是自支撑的。因此，在炉中不需要用于加热元件的支撑壁。优选地，炉空间实际上没有用于支撑管状加热元件的壁。
另一方面，本发明提供一种使用根据本发明的电加热装置进行流体转化反应或加热的方法，其中该方法至少包括以下步骤：
a)经由管的入口供给原料流；
b)使用由电辐射加热元件产生的加热使流过管的原料流在装置的空间中进行流体转化反应或加热，从而获得一种或多种反应产物或经加热的原料流；
c)经由管的出口将一种或多种反应产物或经加热的原料流从装置中移除。
下面将通过以下非限制性附图进一步说明本发明。
其中：
图1示意性地示出了根据本发明的装置的第一实施方案的侧视图；
图2示意性地示出了图1的装置的顶视图；
图3示意性地示出了根据本发明的装置的第二实施方案的侧视图；并且
图4示意性地示出了图3的装置的顶视图。
出于描述目的，相同的附图标号表示相同或相似的部件。
在图1(和图3)的实施方案中，图1的电加热装置(一般用附图标记1表示)被示出为反应器。然而，本领域技术人员将容易理解，该装置也可用于加热流体，即不发生反应。
图1的反应器1包括：电加热炉2，该电加热炉具有在其中限定炉空间3的壁；第一排4反应管10、第二排14反应管和第三排24反应管；第一组5电辐射加热元件20。在图1中仅示出了侧壁2A和侧壁2B；然而，本领域技术人员将理解，在矩形反应器的情况下存在四个侧壁、一个顶部和一个底部。
第一组5电辐射加热元件20位于空间3中。第一组5包括在第一排4反应管10与第二排14反应管之间放置在彼此之上的若干电辐射加热元件20。此外，第一组5包括位于空间3的侧壁2A与第一排4反应管10之间以及位于侧壁2B与第三排24反应管10之间的另外的电辐射加热元件20。
如图1所示，反应管10穿过空间3，并且在空间3外部具有入口11和出口12。此外，反应管10以基本上竖直的方式延伸。
如在图1中可进一步看到的，电辐射加热元件20是管状的并且以基本上水平的方式延伸。此外，电辐射加热元件20不与反应管10直接接触。
炉2的壁2A、2B通常由耐热结构材料制成，并且可以是隔热的，以避免热量从炉2的内部过度泄漏到其外部。
在图1和图2的反应器的使用期间，经由反应管10的入口11供给流体流(通常为气体)。然后，使用由电辐射加热元件20产生的加热，使流过反应管10的原料流在反应器1的(反应管10和)空间3中进行流体转化反应，从而获得一种或多种反应产物。
随后，经由反应管10的出口12将一种或多种反应产物从反应器1中移除。
图3和图4示出了根据本发明的装置的第二实施方案(再次以反应器的形式)的侧视图和顶视图，其中反应器1还包括位于空间3中的第二组6电辐射加热元件20。第二组6中的加热元件20基本上垂直于第一组5中的加热元件20延伸，从而获得加热元件的网格状图案(当从上面看时)。
本领域技术人员将容易理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改。
Claims (10)
1.一种电加热装置(1)，所述电加热装置至少包括：
-电加热炉(2)，所述电加热炉具有限定空间(3)的壁(2A，2B)；
-穿过所述空间(3)的第一排(4)管(10)，其中所述管(10)具有位于所述空间(3)外部的入口(11)和出口(12)；
-穿过所述空间(3)的第二排(14)管(10)，其中所述管(10)具有位于所述空间(3)外部的入口(11)和出口(12)；
-位于所述空间(3)中的第一组(5)电辐射加热元件(20)，其中所述第一组(5)包括位于所述第一排(4)管(10)与第二排(14)管之间的电辐射加热元件(20)。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其中所述第一组(5)电辐射加热元件(20)包括位于所述空间(3)的侧壁(2A)与所述第一排(4)管(10)之间的电辐射加热元件(20)。
3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其中所述装置(1)包括第三排(24)管(10)和其它排管，其中电辐射加热元件(20)定位在所述排(4，14，24)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中每一排(4，14，24)管(10)包括至少十个管(10)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中所述管(10)以基本上竖直的方式延伸。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中所述装置(1)还包括位于所述空间(3)中的第二组(6)电辐射加热元件(20)，其中所述第二组(6)中的所述加热元件(20)基本上垂直于所述第一组(5)中的所述加热元件(20)延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中所述电辐射加热元件(20)以基本上水平的方式延伸。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中所述电辐射加热元件(20)不与所述管(10)直接接触。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其中所述电辐射加热元件(20)是管状加热元件。
10.一种使用根据前述权利要求中任一项所述的电加热装置进行流体转化反应或加热的方法，其中所述方法至少包括以下步骤：
a)经由所述管的所述入口供给原料流；
b)使用由所述电辐射加热元件产生的加热使流过所述管的所述原料流在所述装置的所述空间中进行流体转化反应或加热，从而获得一种或多种反应产物或经加热的原料流；
c)经由所述管的所述出口将所述一种或多种反应产物或经加热的原料流从所述装置中移除。
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Legal Events
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