CN116917031A - 用于在工艺流体中进行化学反应的反应器和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于使用多相交流电在工艺流体中进行化学反应的反应器，所述化学反应至少部分地在至少500℃的温度下进行，所述反应器包括被绝热反应器壁包围的反应室和多个反应管，反应管基本为直形反应管；其中所述反应管穿过反应室在相对反应器壁中的至少一个管入口开口和至少一个管出口开口之间延伸，并且由允许电阻加热的材料构成；其中所述反应室内设置有两个沿反应管彼此间隔开的导电桥，每个导电桥将反应管彼此导电连接；其中设置导电电能输入装置延伸穿过反应器壁之一中的一个或多个输入开口，每个反应管导电连接到电能输入装置之一，每个电能输入装置在电桥之间导电连接至反应管之一，并且连接或可连接至交流电的多相之一。

Description

用于在工艺流体中进行化学反应的反应器和方法

技术领域

本发明涉及一种用于使用多相交流电在工艺流体中进行化学反应以加热工艺流体的反应器。

背景技术

在化学工业的一系列过程中，使用反应器，其中一种或多种反应物通过加热反应管进行传导，以及进行催化或非催化转化。特别地，加热用于克服发生化学反应的活化能需求。在克服活化能需求后，反应可以总体上是吸热进行，或者放热进行。本发明特别地，涉及强吸热反应。

此类工艺的实例是蒸汽裂化、不同的重整工艺，特别是蒸汽重整、干重整(二氧化碳重整)、混合重整工艺、烷烃脱氢工艺等。在蒸汽裂化中，反应管以盘管的形式引导通过反应器，盘管在反应器中具有至少一个U形弯头，而在蒸汽重整中使用的反应管通常延伸穿过反应器，而没有U形弯头。

本发明适用于所有此类工艺和反应管的实施例。仅出于说明目的，这里参考乌尔曼工业化学百科全书中的文章“乙烯”、“气体生产”和“丙烯”，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.pub2，2000年6月15日的出版物，DOI：10.1002/14356007.a22_211。

相应反应器的反应管通常使用燃烧器加热。反应管被引导穿过燃烧室，燃烧器也布置在燃烧室中。

目前，对合成气体和氢气的需求正在上升，这些合成气体和氢气是在没有或减少当地二氧化碳排放的情况下生产的。然而，由于通常燃烧化石燃料，使用燃烧反应器的方法不能满足该需求或者只能在有限的程度上满足该需求。例如，其他工艺因成本高而被拒绝使用。这同样适用于通过蒸汽裂化或烷烃脱氢生产烯烃和/或其他烃。在这种情况下，需要至少在现场排放较少量二氧化碳的工艺。

EP 3075704A1公开了一种用于蒸汽重整的熔炉，该熔炉具有引导穿过燃烧室的反应管，其中，除了至少一个燃烧器之外，还通过交流电提供反应管的电阻加热，其中位于燃烧室外部的收集器充当了星点。US 9347596 B2涉及一种用于电加热管道系统的装置。

WO 2015/197181 A1公开了一种反应器，其中流经管道的流体被加热，其中导电管道连接至交流电源的多相，从而形成星点电路并根据管道的电阻产生热量。此处所示的布置特别地适合于所谓的多通道管道几何形状，即管道以波浪线来回延伸。

然而，在单程管几何形状的情况下，其中待加热的管道沿直线通过反应器延伸，边界条件，特别是电和热性质的边界条件，不能用这些已知或类似的布置来满足。因此，目标是提供一种可电加热的反应器，通过该反应器可以满足电、热和机械边界条件。

发明内容

该目标通过具有独立权利要求所述特征的用于进行化学反应的反应器和方法来实现。

根据本发明，将电能输入到待加热的反应管中是在导电桥之间进行的；因此，以导电方式连接反应管的导电桥布置在电能输入的两侧。通过导电桥实现相间的电位平衡，从而防止或有效抑制电流从反应管通过其他工艺管线流入安装有反应器的工艺设备的其他部分，以免造成损坏或危险。在两侧布置电桥意味着在入口侧和出口侧都这样做。在单程管几何形状的情况下，这比仅具有一个电桥的布置更有优势，因为如果采用这样的布置，必须在一侧对其他工艺管线的反应管提供高成本的电绝缘。

同时，电能输入装置通过本发明的装置与管入口开口和管出口开口间隔开，使得冷却元件可以附接至电能输入装置，在应用中，电能输入装置必须能传导高电流，且不会与空间相关的连续工艺管线发生冲突，特别是热反应管或与之相连的其他工艺管线，不会对此类冷却元件的冷却能力产生负面影响。此外，在机械结构中，不存在与电能输入装置之间的空间相关的冲突，由于出现高电流，电能输入装置包括固体带电元件和其他工艺线。

具体地，提供了一种用于使用多相交流电在工艺流体中进行化学反应的反应器。该反应器包括被绝热反应器壁包围的反应室和多个基本为直形的反应管。交流电用于反应管的电加热，并因此电加热流经反应管的工艺流体，使得所述工艺流体具有用于化学反应的能量。使用交流电加热反应管并因此加热工艺流体的事实并不旨在排除可以提供额外加热，例如可以通过燃烧化学能量载体加热。所述化学反应至少部分地在至少500℃的温度下进行。

反应管穿过反应室在相对反应器壁中的至少一个管入口开口和至少一个管出口开口之间延伸，并且由允许电阻加热的材料构成。反应管或反应管的材料可被电加热的事实，意味着反应管所使用的材料，特别地，在电桥之间的部分所使用的材料，是具有适于电加热的导电性的材料。示例是耐热钢合金，特别地，耐热铬镍钢合金。这种钢合金还可用于电桥和电能输入装置，特别是其带电元件。例如，根据DIN EN 10027第1部分“材料”，可以使用标准编号为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的材料。编号为No.1.4852或No.1.4852Micro(GX40NiCrSiNb35-26)的材料特别合适。

在反应室内设置有两个沿反应管彼此间隔开的导电桥，每个所述导电桥将反应管彼此导电连接。设置导电电能输入装置延伸穿过反应器壁之一中的一个或多个输入开口(或电能输入开口)，其中每个电能输入装置在电桥之间导电连接至反应管之一，并且连接或可连接至交流电的多相之一。因此，电能输入装置与反应管的导电连接(电能输入点或接触点)位于反应室内，电桥也是如此。每个反应管以导电方式连接至电能输入装置之一。

表述“基本上是直的”一方面是指入口或出口歧管(所谓的集管)可以设置在反应室中，在电桥和管入口或管出口所在的最近的反应器壁之间，其中管入口或管出口歧管将多个反应管连接起来形成一个歧管。另一方面，电桥之间可能会出现与直线的轻微偏差，即，每个反应管应当在直径是反应管直径10倍的圆柱体内的电桥之间延伸。

反应器壁包围或环绕反应室，即在所有空间方向上由至少一个反应器壁限定的区域。反应室通常是惰性化的。一般情况下，使用多个单独的壁来实现这一目的，这些壁以包围反应室的方式连接；因此，也可以将其称为一组反应器壁。封闭区域，也就是反应器壁组，可以具有任何体积形状，但优选为方形棱柱或圆柱体。反应器壁可以具有密封的结构元件(例如贯穿件或窗口)，但也可以具有永久开放和/或可关闭的开口，作为与其他设备部件的连接，优选用于调节反应器壁内的气氛，例如惰性气体的入口喷嘴或形成烟囱道的出口开口。

优选地，两个反应管之间的每个桥的电阻(即跨相应电桥测量的两个反应管之间的电阻)小于电比较器电阻；其中比较器电阻等于反应管之一在比较长度上的电阻(在反应管的纵向上)；其中所述比较长度选自：两个所述反应管的距离、入口和出口集管与管入口或出口处的桥接部之间的反应管连接的长度(即反应管连接长度对应于电桥和入口或出口集管之间的距离)。还可以想到选择电桥在(反应管的)纵向方向上的尺寸作为比较长度。用于比较长度的这些选项的组合也是可能的，例如通过平均或总计。进一步优选地，(两个反应管之间)电桥的电阻与比较器电阻的比率最大为1/10，更优选最大为1/50，最优选最大为1/100。特别地，这导致电桥的电阻小于其他工艺管线或入口和出口集管的电阻，由于普遍存在相对较高的温度，所述其他工艺管线或入口和出口集管通常由与反应管相同或相似的材料构成(特别是钢)，并且具有相应的可比电导率。其效果是，相位之间的电位平衡和电流在很大程度上受到影响或流过电桥，只有很小的电流或没有电流流入反应器外的其他工艺管线。比较器电阻对应于反应管的长度等于比较长度的部分(比较部分)的电阻。由于多个反应管通常具有相同的尺寸(内径、外径)，并且由相同的材料组成，所以比较器电阻与使用哪个反应管来确定比较器电阻无关。比较器电阻可以容易计算和/或测量。

优选地，电桥由与反应管相同的材料制成。因此，反应管能够通过电桥以耐热方式彼此连接，特别是通过焊接。或者，电桥由比反应管电导率更高的材料构成。还优选地，位于两个反应管之间的电桥的横截面平行于反应管延伸，并垂直于由两个反应管形成的平面，大于垂直于管的纵向轴线的反应管壁的横截面积。这些实施例允许电桥的电阻相对低于反应管。

优选地，反应管铸造在电桥中的至少一个中，和/或其中对于电桥中的至少一个，每个反应管的反应管部分与电桥或电桥的元件一体形成；其中优选地，其余反应管部分通过焊接连接至电桥。

此外，至少一个电桥优选地包括第一电桥元件和第二电桥元件，第一电桥元件中的每一个均导电连接到反应管之一，第二电桥元件导电连接第一电桥元件，其中第二电桥元件由比制成第一电桥元件的材料电导率更高的材料组成，其中优选地第一电桥元件由与反应管相同的材料制成。

该实施例使得可以在几何尺寸相同时减小电桥的电阻，从而改善反应管之间的电位均衡。第一电桥元件的材料可以选择成使得它们能够以简单且耐热的方式连接至反应管的材料，例如通过焊接，即，反应管的材料优选也可用于第一电桥元件。

第二电桥元件优选地具有通道，反应管穿过该通道并且第一电桥元件以配合、特别是压配合的形式插入到该通道中，其中更优选地，第二电桥元件的材料具有比第一电桥元件的材料更低的热膨胀系数。特别地，第二电桥元件的材料可以包括钼、钨、钽、铌和/或铬，或者主要由这些材料中的一种或其组合组成。甚至更优选地，第二电桥元件主要或完全由钼制成和/或第一电桥元件由反应管的材料制成。

在该实施例中，第二电桥元件或第二电桥元件至少部分由富含钼、钨、钽、铌和/或铬的材料组成或由其形成。该材料特别地具有比形成第一电桥元件的材料更高的电导率。

由于第一电桥元件通过压配合连接至第二电桥元件的事实，产生了原则上可释放的连接，并且有利于反应管的更换。随着温度升高，不同的热膨胀系数导致以更高的压力进行压配合，从而改善第一电桥元件和第二电桥元件之间的接触，特别是电接触。例如，钼具有比优选用于第一电桥元件和反应管的钢更高的电导率，并且可以同时在反应器容器中普遍存在的高温下使用。

优选地，电桥被设计为刚性部件或组件，其中进一步优选地，电桥中的至少一个、甚至更优选地每个电桥被设计为一体式，特别是设计为铸件。刚性设计使反应管得到额外的相对固定。

一个或多个输入开口(用于电连接)优选地位于反应器壁中，该反应器壁在至少一个管入口开口或至少一个管出口开口所在的反应器壁之间延伸；其中进一步优选地，一个或多个输入开口具有平行于反应管的纵向方向的细长形状。因此，电能输入装置可以随着反应管的热膨胀而移动。因此，一个或多个输入开口所在的反应器壁是横向反应器壁，即，沿反应管的方向延伸的反应器壁(例如，平行或成一角度，大约<20°)。

优选地，冷却板设置在反应室外，冷却板邻近电能输入装置的带电元件布置，其中冷却板优选地平行于反应管的纵向方向延伸。冷却板进一步优选地容纳在布置在反应器壁外侧上的(惰性化的)连接室中，其中反应器壁中布置有输入开口。

优选地，一个或多个输入开口与至少一个管入口开口和至少一个管出口开口在空间上分离。

根据优选实施例，反应器包括提供交流电流或交流电压的交流电源或交流电压源。特别地，对于至少一个、优选地对于所有电桥，设置有中性导体，该中性导体将电桥连接到交流电源的星点；进一步优选地，两个反应管之间的电桥的电阻小于连接到相应电桥的中性导体的电阻；其中进一步优选地，两个反应管之间的电桥的电阻与连接到相应电桥的中性导体的电阻的比率至多为1/5，更优选至多1/20，最优选至多1/50。

优选地，(交流电源的电桥和星点之间)中性导体的电阻小于电比较器电阻。这里，上面介绍的与电桥的电阻相关的比较器电阻是指，如果根据不同的比较长度定义不同的比较器电阻，可以选择其中之一，也可以使用比较器电阻的平均值。

优选地，交流电的两个相互不同的相位之间的相移以弧度表示为π·k/M，其中k为1至M-1范围内的整数。

优选地，通过反应器壁的所有贯穿件，即特别是管入口开口、管出口开口和(电能)输入开口，都通过适当的装置(如密封波纹管)实现气密性。这种气密性装置被设计为电绝缘的，使得在被贯穿的部件和相应的反应器壁之间不存在电接触。如果冷却板被设置布置在连接室内，则可以省去输入开口的气密设计。连接室应当相对于环境是气密的。例如，当难以密封细长的输入开口(以便吸收由于反应管的热膨胀而引起的纵向移动)时，该实施例是有帮助的。在该实施例中，管入口和管出口开口应当是气密的。

优选地，电能输入装置到两个电桥的两个距离的比率在0.25至1的范围内。更优选地，两个距离的比率在0.25至0.8的范围内，优选地在0.25至0.7的范围内。因此，接触点，即电能输入装置连接到反应管的点，可以相对于电桥不对称地布置。换句话说，在这样的实施例中，接触点将位于两个电桥之间的反应管部分分成不同长度的两个管部分。这允许在两个管部分中输入不同的热量，从而改善工艺控制。

化学反应可以是至少部分在200℃至1700℃，特别是300℃至1400℃或400℃至1100℃范围内的温度下进行的化学反应。化学反应优选地至少部分在至少500℃、更优选至少700℃的温度下进行，特别是至少部分在500℃或700℃至1100℃的温度范围内进行。所设置的电压/电流适合于提供相应的加热功率。反应器和电源同样用于在这些温度下进行化学反应并提供相应的加热功率。化学反应优选为以下之一：蒸汽裂化、蒸汽重整、干重整(二氧化碳重整)、丙烷脱氢、至少部分在高于500℃下进行的与碳氢化合物的一般反应。

根据本发明，提出了一种用于在工艺流体中进行化学反应的方法，该化学反应至少部分地在至少500℃的温度下进行，其中使用根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中工艺流体通过反应器的反应管导流，利用多相交流电通过电阻加热对工艺流体进行加热，其中化学反应优选为以下反应之一：蒸汽裂化、蒸汽重整、干重整、丙烷脱氢、至少部分在高于500℃下进行的与碳氢化合物的反应。

下面首先参考用于蒸汽裂化或蒸汽重整的反应管和反应器来描述本发明。然而，本发明也可以用于其他反应器类型。一般来说，如上所述，本发明提出的反应器可用于进行所有吸热化学反应。

下面参照附图更详细地解释本发明，附图示出了本发明的实施例。

附图说明

图1示出了根据本发明优选实施例的连接至交流电源的反应器；

图2A和2B示出了根据本发明优选实施例的一体式电桥及其与反应管的连接的横截面；

图3示出了根据本发明另一优选实施例的多部分电桥的横截面；

图4示意性地示出了根据本发明实施例的电能输入装置；

图5A和图5B示意性地示出了根据本发明优选实施例的设置有冷却板用于冷却电能输入装置的反应器。

具体实施方式

在附图中，结构或功能彼此对应的元件由相同或相似的附图标记表示，并且为了清楚起见，不再重复解释。当元素重复出现时，部分地仅其中一个具有代表性地设置有附图标记。

图1示出了根据本发明优选实施例的反应器100。反应器包括围绕反应室10的反应器壁12o、12u、12r、12l，反应器壁因此形成反应器容器(或反应器箱)，反应器壁的内部构成反应室。此外，反应器包括穿过反应室10的沿直线延伸的多个反应管22，其中反应管在形成于下反应器壁12u或上反应器壁12o中的管入口开口14和管出口开口15之间延伸。另外，可以设置称为入口集管或出口集管的收集管线(未示出)，收集管线将反应管在入口侧或出口侧彼此流体连接。该入口集管或出口集管可以布置在反应室外部，即，布置在反应器壁背离反应室的一侧上，或者布置在反应室中。在后一种情况下，入口集管或出口集管各自布置在电桥之一和沿反应管最近的反应器壁之间。

每个反应管22以导电方式连接至电能输入装置18，电能输入装置18穿过反应器侧壁12r中的输入开口16延伸。为此，可以在反应管上设置相应的接触通道，该接触通道导电地连接到杆状元件64，杆状元件64被包括在电能输入装置中并且用作带电(导电)元件。杆状元件64穿过反应器壁延伸。电能输入装置又依次连接到相或相连接U、V、W、多相交流电源50，使得其中一相被馈送到每个反应管中。如图所示，交流电源优选为三相，反应管的数量为3或其倍数，例如N·3，其中N为大于或等于2的整数，其中每个相通过相应的电能输入装置连接至反应管之一，或者其中，如果反应管的数量是3的N倍，则每个相经由相应的电能输入装置连接至N个反应管。当然，不同于3个、不等于1个的相和反应管(或其倍数)也是可以想到的。电能输入装置与反应管的连接接触点可以相对于至少一个电能输入装置(对于彼此独立的不同电能输入装置)的电桥不对称，即可以不对称地分割位于电桥之间的各反应管的管段(未示出)。

一般来说，相的数量为M，其中M是大于1的整数。优选地，相位之间的相移选择为在星点处电压或电流相互抵消，即两个任意相位之间的相移可以弧度表示为2π·k/M，或度数表示为360°·k/N，其中k是1至M-1范围内的整数。因此，三相为2π/3或4π/3，对应120°或240°。连续两个相位之间的相位差在k＝1时得到，即2π/M。这种选择是有利的，因为当各相电压对称加载时，电桥上各相的交流电压会相互抵消。

示出交流电源50主要是为了让人们理解本发明，以说明如何能够提供多相交流电；它并不构成本发明的任何必要部分。例如，可以由将要安装或已经安装反应器的生产设施提供。

合适的交流电源50可以如下方式执行，例如作为交流变压器，特别是作为高电流变压器。初级侧，即对交流电源50的交流供应，例如由公共供电网络或发电机来提供。初级侧交流电压通常为几百到几千伏，例如400V、690V或1.2kV。在电源50的初级侧和可能的公共供电网络或发电机之间，还可以插入至少一个附加变压器(可能是至少一个调节变压器，可以控制次级侧交流电压或在一定的电压范围内对其进行调节)，以便为高电流变压器获得合适的输入电压。也可以通过一个或多个晶闸管功率控制器来设置输入电压或由此产生的加热输出，以代替或补充上述插入的至少一个变压器。在次级侧，设置有相线或相端子U、V、W，交流电的相设置在相线或相端子U、V、W上。次级侧交流电压可以合适地位于高达300V的范围内，例如小于150V或小于100V，甚至小于或等于50V。次级侧与初级侧电隔离。

两个导电桥30设置在反应室10中，导电桥导电地连接到反应管22，每个导电桥在此连接到所有反应管。与反应管的连接是在沿着反应管，即沿着反应管的纵向方向(即工艺流体的流动方向)彼此间隔开的点处实现的。就电路而言，电桥30形成星点；因此，它们可以被称为星桥。如果反应管上存在相数M的倍数N(即N·M)，则可为这些倍数中的每一个提供两个相互间隔开的导电桥，每个导电桥与M个反应管相连，或者可以仅提供两个彼此间隔开的导电桥，然后将导电桥各自连接至所有反应管。也可以想到进行组合。

电能输入装置18或其带电元件64连接到两个导电桥30之间的反应管。例如，在这里大约位于两桥之间的中间位置。一般来说，距离比，即电能输入装置18与两个导电桥30之间的两个距离之比(更确切地说，是其中较小的距离与较大的距离之比)，应在0.25(一个距离是另一个距离的四倍)到1(距离大小相等)的范围内。该比率优选在0.5至1的范围内，更优选在0.8至1的范围内。根据另一个优选实施方案，该比率在0.25至0.8的范围内，更优选在0.25至0.7的范围内。对于不同的反应管，该比率可以不同；对于所有反应管，该比率最好相同。电能输入装置与电桥的不同距离(距离比不等于1)会产生不同强度的电流，从而导致输入到电能输入装置与两个电桥之间的两个管段中的加热功率不同。这可用于影响化学反应。

导电桥30有利地被设计为，与反应管相比，导电桥的电阻较小。这可以理解为，通过电桥测量的两个反应管之间的电阻小于反应管的具有一定长度的部分或比较部分的电阻，其中电阻沿长度方向被确定(计算和/或测量)。比较部分的电阻形成比较器电阻。在这种情况下，优选使用以下比较段之一：长度等于两个反应管的距离的比较段；长度等于电桥在反应管纵向上的尺寸的比较段；长度等于入口集管或出口集管与反应管入口或出口处的电桥连接之间的反应管连接长度的比较段；或长度等于电桥到反应器壁距离的比较段，反应管入口或出口开口位于该反应器壁中，其中电桥位于反应器壁和电能输入装置与反应管的连接点之间。通过电桥测得的电阻与比较部分的电阻之间的比率优选为至多1/10，更优选至多1/50，最优选至多1/100。

此外，图中还示出了可选的中性导体N，它将电桥连接到电源的星点。中性导体有利地被设计为，中性导体的电阻(在电桥和电流源之间)大于两个反应管之间的电桥的电阻，并且小于上述比较部分的电阻。

原则上，电桥可以是具有用于反应管的通道的部件。通过这些通道的反应管与电桥之间的接触可以通过压配合的方式实现。也可以将反应管铸造到电桥中。

与此不同的是，优选地，将穿过电桥本身的通道设置为反应管的部分；换句话说，反应管的部分与电桥一体成型。其余反应管部分通过焊接连接至这些部分。图2A、图2B和图3示出了相应的实施例。

图2A和2B以剖视图示出了根据优选实施例的一体式电桥30a、30b以及它们与反应管22的连接。在图2A中，电桥30a由一块板形成，通道32穿过该板沿纵向方向延伸。电桥或板的沿纵向方向彼此相对的侧表面是平坦的，因此除通道外，形成了没有突出部的平面。通道32的几何形状和尺寸与反应管22的内侧34的几何形状和尺寸一致或相似。在反应管绕纵轴旋转对称的情况下，通道为圆形，其直径等于反应管的内径。电桥通过焊接(即通过焊缝36)连接至位于电桥外侧的反应管部分，使通道32与内侧34齐平。因此通道32形成反应管的部分。

图2B的实施例与图2A的实施例基本相似，不同之处在于在电桥30b的侧表面上设置有突出部33，所述突出部33的几何形状和尺寸与反应管22(更确切地说是位于电桥外的反应管部分)壁的几何形状和尺寸相同。因此，在反应管旋转对称的情况下，突出部的内径和外径与反应管的内径和外径相同。可以说，这些突出部将通道延伸到侧表面之外。位于电桥外的反应管部分通过焊缝36连接至突出部的端面。

图3是优选的多部分电桥30c的横截面图。它包括与反应管数量相对应的多个第一电桥元件38和一个第二桥元件40。每个第一电桥元件38在纵向上都具有通道42，其几何形状和尺寸与反应管22之一的内侧44的几何形状和尺寸相似。电桥32c外部的反应管部分通过焊接(焊缝46)连接至相应的第一电桥元件38，使通道与其对齐。第一电桥元件的外侧48平行于纵向方向延伸。第一电桥元件的径向厚度，即通道与电桥元件的外侧之间的距离，优选地在周向方向上恒定。径向方向和圆周方向应结合反应管限定的纵向方向来理解。与此不同的是，外侧也可以具有不同的几何形状。

第二电桥元件40(例如，在这里基本上是一块板)具有沿纵向延伸的阶梯式通道49，其中通道的一个区域(一个阶梯)的几何形状和尺寸与第一电桥元件的外侧相适应，使得第一电桥元件可通过配合、特别是压配合插入到这些区域中。通道的另一个区域(另一阶梯)具有的几何形状和尺寸，其构造使得：一方面，焊接至相应第一电桥元件的反应管部分配合穿过该区域，另一方面，相应的第一电桥元件不配合穿过该区域。因此，即使没有压配合，第二电桥元件也能按图中所示的布置搁置在第一电桥元件上。

优选地，第二电桥元件由与第一电桥元件的材料不同的材料构成。进一步优选地，第二电桥元件的材料(例如，钼或钼合金)，与第一电桥元件的材料(如耐高温的镍铬钢)相比，具有更高的导电性和更低的热膨胀系数。

第一电桥元件也可以类似于图2B(未示出)来设计，即可以设置突出部，所述突出部沿通道延伸并且其几何形状和尺寸与反应管壁相同。然后将桥外侧的反应管部分再次焊接至突出部的端面。同样可以将反应管铸造到第一电桥元件中。

也可以使用单个第一电桥元件来代替多个第一电桥元件，该元件经由多个反应管张紧(并连接到后者)并且连接到单个第二桥元件。参见图3，第一电桥元件的下端可以连接到单独的第一电桥元件上，使得该单独的第一电桥元件可以继续装配到第二电桥元件中，如图所示。因此，即使在低温状态下，也可以确保通过第一电桥元件实现最小的电位平衡，同时可能减少两个(第一和第二)电桥元件之间的接触，随着温度的升高和与第二电桥元件接触的改善，这种性能会进一步提高。

图4示意性地示出了示例性的电能输入装置18，该装置连接至延伸穿过反应室10的反应管22。电能输入装置18包括导电杆状元件64，该元件延伸穿过反应器壁12(例如图1中的反应器壁12r)上的输入开口16。输入开口16优选地衬有电绝缘材料68。

电能输入装置18在接触通道62中导电连接到反应管22。如图所示，这优选地被设计为反应管的加厚部分，其中杆状元件64与加厚部分一体成型，也就是说，一体地连接到反应管。例如，在制造过程中，接触通道62和杆状元件64可被制造为一体式铸造部件，然后通过焊接与反应管连接。作为一体式实施例的替代方案，电能输入装置也可以通过环绕反应管的套环与反应管连接。杆状元件64过渡到电能输入销65，例如，在电能输入销65上，附接两根母线或绞线66用于连接多相交流电源的相之一(例如图1中的U、V、W)。

此外，可选地，可以设置波纹管装置70，以确保反应室10相对于环境的气密性，同时确保杆状元件64相对于反应器壁12的可移动性(例如用于热平衡运动)。

图5A和5B示意性地描述了优选实施方案，其中在每种情况下都设置了由冷却板81组成的冷却装置，用于冷却电能输入装置18。例如，冷却装置容纳在设置于反应室外部的连接室80中。在这两种情况下，由反应器壁12包围的反应室中反应管22的布置及其与电桥30和电能输入装置18的连接均与图1中所示一致。在每种情况下，反应管都分别通过接触通道62(例如其中包括杆状元件，如图4所示)与电能输入装置18进行导电连接，并且穿过反应器壁之一，即通过输入开口(未进一步详细示出)延伸。

容纳在连接室80中的冷却板81布置为邻近输入装置18的带电元件(杆状元件64)，并且与带电元件平行延伸。特别地，每个冷却板都位于两个带电元件或杆状元件64之间。这样，可以散发掉输入装置从反应器中传导出来的热量以及输入装置中电流产生的热量。冷却流体优选地流过冷却板。

两张图的不同之处在于，输入开口布置在不同的反应器壁中，并且输入装置18或杆状元件64也相应地延伸穿过不同的反应器壁。在图5A中，这是左侧反应器壁(图中)。一般来说，与反应管限定的纵向平行延伸的反应器壁也可以是右侧、前侧或后侧反应器壁。连接室80布置在反应室外的左侧反应器壁上。冷却板81平行于纵向方向布置。因此，输入设备18可以相对于冷却板81在纵向方向上纵向移动，而冷却板通常是不可移动的。输入装置通常与反应管刚性连接，这种纵向移动可能是反应管热膨胀的结果。相应地，输入装置的支撑或悬挂优选地是柔性的，从而实现纵向移动。每个输入开口应优选地呈细长形状，即输入开口的纵向尺寸大于横向尺寸，其中两个尺寸应理解为平行于反应器壁。反应器的左、右、前和后壁一般可视为反应器的侧壁。

在图5B中，输入装置，更确切地说是杆状元件64，被引导穿过下反应器壁，同样也可以穿过上反应器壁。因此，杆状元件64平行于纵向方向延伸。此处输入装置18还包括导电杆状元件64′，导电杆状元件64′一方面连接至穿过反应器壁的杆状元件64，另一方面连接至反应管22。这些另外的杆状元件64'此处平行于下反应器壁延伸，但也可以倾斜延伸。在这里，输入装置18也优选地被柔性支撑或悬挂。

从图5A和图5B的实施例中可以看出，本发明可以将输入开口附接在远离入口开口和出口开口的位置，使得电能输入装置的带电元件不会被其余热的工艺管线额外加热，从而有利于电能输入装置的有效冷却。

Claims (19)

1.一种用于使用多相交流电在工艺流体中进行化学反应的反应器(100)，所述化学反应至少部分地在至少500℃的温度下进行，所述反应器包括被绝热反应器壁(12o、12u、12r、12l)包围的反应室(10)和多个反应管(22)，所述反应管(22)基本为直形反应管；

其中，所述反应管穿过所述反应室在相对的反应器壁中的至少一个管入口开口(14)和至少一个管出口开口(15)之间延伸，并且由允许电阻加热的材料构成；

其中，所述反应室内设置有两个沿所述反应管彼此间隔开的导电桥(30)，每个所述导电桥将所述反应管彼此导电连接；

其中，设置多个导电电能输入装置(18)延伸穿过所述反应器壁之一中的一个或多个输入开口(16)，每个所述反应管导电连接到所述多个电能输入装置(18)之一，每个所述电能输入装置在所述导电桥之间导电连接至所述多个反应管之一，并且连接或能够连接至交流电的多相(U、V、W)之一。

2.根据权利要求1所述的反应器，其中，两个所述反应管之间的每个所述导电桥的电阻小于比较器电阻；其中所述比较器电阻等于所述反应管之一在比较长度上的电阻；其中所述比较长度选自：两个所述反应管的距离、入口和出口集管与管入口或出口处的桥接部之间的反应管连接的长度；其中所述导电桥的电阻与所述比较器电阻的比率优选地不大于1/10，更优选不大于1/50，最优选不大于1/100。

3.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述导电桥由与所述反应管相同的材料或者比所述反应管电导率更高的材料构成；和/或其中位于两个反应管之间的所述导电桥的横截面平行于所述反应管延伸，且垂直于由所述两个反应管形成的平面，并且大于垂直于所述反应管的纵向轴线的反应管壁的横截面积。

4.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述反应管铸造在所述导电桥中的至少一个中，和/或其中对于所述导电桥中的至少一个，每个反应管的反应管部分与所述导电桥或所述导电桥的元件一体形成；其中优选地，其余反应管部分通过焊接连接至所述导电桥。

5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，至少一个导电桥(30c)包括多个第一电桥元件(38)和第二电桥元件(40)，所述多个第一电桥元件中的每一个均导电连接到所述反应管之一，所述第二电桥元件将所述多个第一电桥元件导电连接，其中所述第二电桥元件由电导率比制成所述第一电桥元件的材料的电导率更高的材料组成，其中优选地所述第一电桥元件由与所述反应管相同的材料制成。

6.根据权利要求5所述的反应器，其中，所述第二电桥元件具有阶梯式通道(49)，所述反应管穿过所述阶梯式通道(49)并且所述第一电桥元件以配合、特别是压配合的形式插入到所述阶梯式通道(49)中。

7.根据权利要求6所述的反应器，其中，所述第二电桥元件的材料具有比所述第一电桥元件的材料更低的热膨胀系数，其中优选地，所述第二电桥元件主要或完全由钼、钨、钽、铌和/或铬构成，和/或所述第一电桥元件由所述反应管的材料构成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述导电桥被设计为刚性部件或刚性组件，其中优选地，所述导电桥中的至少一个、优选地每个导电桥被设计为一体式，特别是设计为铸件。

9.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述一个或多个输入开口位于在所述至少一个管入口开口或所述至少一个管出口开口所在的所述反应器壁之间延伸的反应器壁中。

10.根据权利要求9所述的反应器，其中，所述一个或多个输入开口具有平行于所述反应管的纵向方向的细长形状。

11.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，冷却板设置在所述反应室外，所述冷却板邻近所述电能输入装置的带电元件布置，其中所述冷却板优选地平行于所述反应管的纵向方向延伸。

12.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述一个或多个输入开口与所述至少一个管入口开口和所述至少一个管出口开口在空间上分离。

13.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，还包括提供所述交流电的交流电源(50)。

14.根据权利要求13所述的反应器，其中，对于至少一个、优选地所有导电桥，设置有中性导体(N)，所述中性导体(N)将所述导电桥连接到所述交流电源的星点；其中，优选地，两个反应管之间的导电桥的电阻小于连接到相应导电桥的中性导体的电阻；其中进一步优选地，两个反应管之间的导电桥的电阻与连接到相应导电桥的中性导体的电阻的比率至多为1/5，更优选至多为1/20，最优选至多为1/50。

15.根据权利要求14所述的反应器，如果从属于权利要求2，则所述中性导体的电阻小于比较器电阻。

16.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，所述交流电的两个相互不同的相位之间的相移以弧度表示为2π·k/M，其中k为1至M-1范围内的整数。

17.根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中，电能输入装置(18)到所述两个导电桥(30)的两个距离的比率在0.25至1的范围内。

18.根据权利要求17所述的反应器，其中，所述两个距离的比率在0.25至0.8的范围内，优选地在0.25至0.7的范围内。

19.一种用于在工艺流体中进行化学反应的方法，所述化学反应至少部分地在至少500℃的温度下进行，其中使用根据前述权利要求中任一项所述的反应器，其中所述工艺流体通过所述反应器的反应管导流，利用多相交流电通过电阻加热对所述工艺流体进行加热，其中所述化学反应优选为以下反应之一：蒸汽裂化、蒸汽重整、干重整、丙烷脱氢、至少部分在高于500℃下进行的与碳氢化合物的反应。