CN117295680A - 用于热解含烃流体的反应器和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种至少用于热解含烃流体至少来生产至少含氢流体的反应器和方法，其中，反应器具有反应器壳体和设置在反应器壳体内的反应器竖井，并且至少用于相对于反应器壳体热密封反应器竖井的反应器衬里设置在反应器壳体与反应器竖井之间，并且其中，反应器竖井在横截面中具有至少四边形的几何形状，其中，用于产生热能的至少一个电极设置在反应器竖井的两个彼此相对的侧壁中的每一个上。

Description

用于热解含烃流体的反应器和方法
技术领域
本发明涉及一种至少用于热解含烃流体以至少生产至少含氢流体的反应器和方法，其中，反应器具有反应器壳体和设置在反应器壳体内的反应器竖井，并且反应器壳体与反应器竖井之间设置有至少用于相对于反应器壳体热密封反应器竖井的反应器衬里。本发明还涉及一种至少用于热解含烃流体以至少生产至少含氢流体的方法，其中，将含烃流体与反应器的由颗粒组成的移动床逆流地馈入到反应器的反应器竖井。
背景技术
基础知识是，已知在化学工业中发生的强吸热反应(例如矿物油级分的裂解或天然气或石脑油的重整)需要温度，尤其是500℃至1700℃之间范围中的温度，以便实现充分的化学分解。其原因是平衡转化的热力学限制。烃的热分解也需要高温，尤其是在800至1600℃的范围内。特别是对于甲烷热解，由于热力学平衡和反应动力学，也需要这样的高温，以便在非常短的时间内实现足够高的转化率，有利地大于50％的转化率。
现有技术公开了不同的解决方案，其表明提供高温以实现热解方法。例如，文献US2,389,636和US2,600,07以及US 5,486,216和US 6,670,058描述了使用固态床作为载热介质。然而，这里应当注意，这可能导致在粘附、附聚和磨损的范围内不利地出现表面效应。
例如，在DE600 16 59T或US 3,264,210中描述了作为热源的氧化方法。直接使用氧化方法的缺点是例如将外来物质引入反应区，并因此污染产物。还存在碳将以不希望的方式烧尽或反应物流也将被燃烧的风险。
US2,799,640或DE 1 266 273分别公开了一种电热源。这里的一个缺点被认为是反应区的加热不均匀；这种电加热输入的不稳定性导致在热解中、特别是在用于生产氢和热解碳(CH4<->C+2H2)的甲烷的热解中反应空间内的不均匀性。
甲烷的热解是一种高度吸热反应，在约1000℃的温度范围内和高达40bar的压力下以动力学和热力学上有利的方式发生。除了氢(H2)之外，热裂解也产生热解碳(C)，而热解碳又是有价值的附加产物。氢和热解碳有利地进一步处理或进一步使用，并用作输送燃料或用作其他驱动系统、工厂或工业分支中的燃烧燃料。
颗粒床、尤其是碳颗粒床也用于热解，并且比如甲烷气体的含碳气体在其上热解，这可以认为是基础知识。尤其是经由电阻加热的热的电输入有利地适于提供反应焓。
当使用碳床时，例如通过使用电极或电极对引入到反应空间中的电流流过该床并由于颗粒床的电阻而耗散为热能。电阻由床的颗粒与低转移区域之间的接触点产生，而碳颗粒具有高导电率。向反应空间的加热区中基本均匀地输入热需要电阻，该电阻在反应空间的整个横截面区域上部分地至少间歇地均匀。然而，已知将总是出现具有不同电阻的路径，使得电流优先在较低电阻的区域中流动。结果，在这些区域中增加了热解碳的沉积，使得电阻沿着这些较低电阻的路径进一步降低。结果是导致局部热点的不均匀性、电阻的局部急剧减小、堵塞以及最终加热失败。内部研究已经表明，已知的反应器、特别是已知的反应器几何形状(尤其是已知的反应空间几何形状)和已知的例如甲烷的热解方法，导致在反应空间内的中心布置中的碳形成物，所述形成物至少部分地在竖直纵向方向上沿反应空间居中地延伸。这种碳形成物由聚结的碳颗粒组成。这说明进行的热解不是在反应空间的整个横截面上发生，而是仅仅主要在反应区域的中心发生。
在已知的反应空间和已知的热解方法中出现不均匀性以及因此已知反应器的加热观点的失败的原因已经成为本申请人内部研究的主题。已经发现，由于反应空间的壁面积与反应空间的反应体积的高比率，存在显著的径向温度曲线。反应空间的中间的较高温度导致较高的转化率，即导致在床的颗粒上较高程度的碳沉积，并因此导致来自如甲烷气体等的含碳气体的较多碳沉积。结果是该区域中的电阻较低，并且因此在较低电阻的区域中相关的电流的优先流动。
发明内容
因此，本发明的目的是至少部分地弥补已知反应器和热解方法中的上述缺点。特别地，本发明的一个目的是提供至少用于热解含烃流体的反应器和方法，其使得能够以简单和成本较低的方式在反应器竖井(反应空间)的横截面上基本均匀地加热反应器竖井，并且因此产生和维持电场，该电场部分地至少间歇地均匀并且部分地具有对应的至少间歇地均匀的电阻。
上述目的通过具有权利要求1的特征的至少用于热解含烃流体的反应器并且通过具有根据权利要求7的特征的至少用于热解含烃流体的方法来实现。本发明的其他特征和细节将从从属权利要求、说明书和附图中显而易见。结合本发明的反应器描述的特征和细节当然也可应用于本发明的方法，并且在每种情况下反之亦然，使得关于涉及本发明的各个方面的公开，总是参考或者可以参考替代主题。此外，本发明的方法可以通过本发明的反应器来进行。
至少用于热解含烃流体以至少生产至少含氢流体的本发明的反应器具有反应器壳体和设置在反应器壳体内的反应器竖井。反应器壳体与反应器竖井之间设置有至少用于相对于反应器壳体热密封反应器竖井的反应器衬里。根据本发明，反应器竖井具有至少四边形的几何形状的横截面，其中，用于产生热能的至少一个电极设置在反应器竖井的彼此相对的两个侧壁中的每一个上。另外可以想到的是，反应器衬里还用于电绝缘，使得由电极产生的电能不会释放到反应器的外部环境中。在本发明的上下文中，流体也理解为指气体或液体。因此，含烃流体可以是例如甲烷(甲烷气)、天然气或蓝煤气。因此，在本发明的上下文中，术语“含烃流体”应理解为指含有烃的所有流体(气体/液体)，其可以通过热解方法解离成碳和氢。反应器的反应器壳体有利地具有环形/圆形横截面的几何形状。这是有利的，特别是以便承受高压。然而，与也可以称为反应空间的反应器竖井相比，同样可以想到的是，反应器壳体同样具有至少四边形横截面的几何形状，并且特别有利地，具有与反应器竖井的几何形状相匹配的几何形状。反应器竖井还可以有利地具有矩形横截面的几何形状、特别是正方形的几何形状。然而，也可以想到的是，反应器竖井具有多边形、特别是五边形或更多边的多边形的几何形状的横截面。特别有利地，沿反应器竖井的横截面观察，存在反应器竖井的至少两个相对的壁、尤其是内壁，其彼此平行并且相对。在反应器竖井内的这些平行且彼此相对的壁上设置有电极，电极用于产生部分地至少间歇地均匀的电场、特别是基本均匀的电场。有利地，电极还彼此相对，即在反应器竖井的纵向方向上观察时处于相同的高度。特别有利地，电极设置在反应器竖井的侧壁的内侧上。电极的布置有利地提供了对移动床、尤其是颗粒床的颗粒的直接电阻加热。反应器竖井的四边形的、尤其是矩形的、尤其是正方形的几何形状和对应描述的电极布置为使得能够在彼此相对的电极之间部分地产生至少间歇地均匀的电势场。此外，这防止了在物料流方面出现任何滑移，以及相关的转化减少。
可以想到的是，移动床的颗粒具有0.5mm至20mm、优选1mm至10mm的尺寸。含烃流体的热解方法有利地在1bar至50bar、优选5bar至30bar的压力下进行。此处产生的温度主要为800℃至1600℃、优选为1000℃到1400℃。
在一个实施例中，在反应器的竖直纵向方向上观察，彼此相对的电极至少部分地设置在反应器竖井的中间。这是指每个反应器的至少一部分与反应器的(理论)中心线(在纵向方向上/在纵截面中观察反应器的中点)接触或向上延伸，而其余部分的相应电极设置在存在于该理论中心线下方或上方的反应器竖井区域中。更具体地，可以想到的是，将相应的电极设置在反应器竖井的面向反应器的顶部的部分中或者反应器竖井的面向反应器的底部(基部)的区域中。然而，替代地，也可以想到的是，相应的电极精确地设置在反应器竖井的中间(在纵向方向上/在纵截面中观察)。替代地，可以想到的是，在反应器的竖直纵向方向上观察，电极对的电极中的任一个都不在反应器竖井壁或反应器竖井的侧壁处至少部分地设置在反应器竖井的中间。相反，电极于是仅设置在反应器竖井区域中，该反应器竖井区域存在于反应器竖井壁处的该理论中心线下方或上方。
在一个实施例中，用于产生热能的至少两个或更多个电极设置在反应器竖井的两个彼此相对的侧壁的每一个上。有利地，总是有两个彼此相对的电极设置在相同的高度-在反应器竖井的纵向方向上观察-使得这些电极形成电极对、尤其是彼此相对的电极对。更具体地，可以想到在反应器中设置多个电极对。这里的电极可以具有各种不同的几何构造。因此，可以想到的是，电极对的电极具有四边形、特别是矩形或正方形的构造。同样，可以想到圆形、卵形/椭圆形或多边形电极。也可以使用网状形式的电极，也称为网状电极。在本发明的上下文中，电极的几何形状和构造不限于限定的形状。然而，当电极对的两个电极具有彼此相同但至少相当的几何形状时是有利的。另外，如果在反应器内、特别是在反应器竖井的侧壁处使用的电极对各自具有彼此不同的形状，则也是可能的。考虑到在反应器竖井的不同高度区域中产生的电场差异和相关的不同热输入，这可能是有利的。在反应器竖井内使用或布置多个电极对有利地能够建立不同的轴向温度区。因此，有利地，在移动床的颗粒材料的不同阻力特性的情况下，可以通过场参数对温度进行受控地调节。
此外，反应器竖井的每个侧壁的至少一个电极(在反应器的竖直纵向方向上观察)至少部分地设置在反应器竖井的中间，或者每个侧壁上的每个电极至少设置在该反应器竖井的中间的上方或下方。更具体地，在反应器竖井中布置两个或更多个电极对的情况下，将至少一个电极对设置在反应器竖井的中间区域中，使得该电极对中的每个电极的至少一部分与反应器竖井(在反应器竖井的纵向方向上观察)的(理论)中心线接触。这可以是中间电极对或者外部电极对中的一者。或者，电极对各自都在理论中心线上方或在所述理论中心线下方，或者构成所述理论中心线，使得至少一个电极对设置在所述理论中心线上方，并且至少一个电极对设置在所述理论中心线下方，其中，没有电极对、尤其是没有一个电极对的电极与该理论中心线接触。
有利地，电极布置为使得这些电极产生当在横截面中观察时基本均匀的电场，尤其是部分地至少间歇地均匀的磁场。该电场(势场)有利地在反应器竖井的整个宽度和深度(面积)上水平延伸。
在一个实施例中，反应器具有反应器顶部和反应器底部，该反应器底部也可以称为反应器基部。反应器顶部和反应器底部各自具有能够至少间歇地关闭的馈入开口和排出开口，至少流体(比如气体或液体)和/或固体(尤其是颗粒)能够通过馈入开口或排出开口引入或排出，使得为了产生移动床，颗粒至少间歇地通过反应器顶部连续引入反应器竖井中。也可以想到的是，使用流化床而不是移动床。移动床有利地将颗粒、特别是含碳颗粒输送到反应器中、特别是输送到反应器的反应器竖井中，并且有利地使其移动/输送通过反应器竖井-从反应器顶部开始向下至反应器底部。有利地，移动床或床的颗粒以重力驱动的方式和/或重力式的方式迁移通过反应器竖井。然后，移动床的颗粒接收引入到反应器竖井中的含烃流体中的碳，并有利地将其通过反应器底部输送到反应器竖井之外。在甲烷热解的情况下，颗粒被加热，并且甲烷优先在被加热的颗粒上分解。一部分也将在中间腔中分解并以所述方式排出。碳或含碳颗粒的连续向外输送确保了维持部分间歇地均匀的所需的电场，并因此确保了至少在反应器竖井的加热区中的基本均匀的热分布。馈入开口和排出开口有利地使得能够连续引入或排出待反应的物质或通过热解已经去除了碳的气体。
另外可以想到的是，电极布置为使得这些电极产生至少部分地与移动床的移动通过反应器竖井的颗粒的移动方向正交地对准的电场。有利地，由于电极在反应器竖井中的布置，即由于其以彼此相同的高度布置在反应器竖井的两个彼此相对的侧壁上，电极产生与移动床(特别是移动床的颗粒)的移动方向完全正交对准的电场。如上所述，移动床从顶部向下迁移通过反应器竖井，即从反应器顶部开始向下至反应器底部，移动床的颗粒通过反应器顶部引入反应器竖井中，反应器底部也可以称为反应器基部。然后，移动床的颗粒经由相应的出口开口从反应器竖井排出。基于电场相对于移动床的颗粒的正交对准，有利地发生移动床颗粒的均匀加热，使得这些颗粒因此可以用于在反应器竖井的整个平面上-在横截面方向上观察-从含碳流体接收碳。这有利地避免了局部热点的出现。
在本发明的第二方面，要求保护一种至少用于热解含烃流体(例如气体或液体)以至少生产至少含氢流体(如气体或液体)的方法。根据本发明，将含烃流体与反应器的由颗粒组成的移动床逆流地馈入到反应器的反应器竖井(也可以称为反应空间)中。根据本发明，至少移动床的颗粒或含烃流体通过设置在反应器竖井中的用于产生热能的电极加热至800-1600℃、优选800-1500℃、更优选800-1400℃范围内的限定温度。更具体地，可以想到移动床颗粒或含有烃的颗粒或者两者，即移动床的颗粒和含烃流体通过由电极产生的电能来加热(升温)。有利地，发生热解，即碳和氢从超过和高于约800℃的温度的含烃流体中离解。有利地，电极主要与电阻(例如，特别是颗粒床或移动床的颗粒的电阻)结合产生热，这是因为电能耗散为热能。
有利地，该方法在根据本发明第一方面的反应器(即上述类型的反应器)中进行。因此，关于本发明的第一方面，即关于本发明的反应器的详细特征在此被全部引用。
可以想到的是，移动床的颗粒以重力式的、特别是重力驱动的方式在反应器的竖直纵向方向上从反应器的反应器顶部向下迁移到反应器的反应器底部。因此，移动床的颗粒通过反应器顶部内的一个或多个馈入开口馈入到反应器竖井，并沿反应器底部的方向迁移通过反应器竖井。反应器底部有利地具有一个或多个排出开口，此时有利地负载有碳的颗粒通过该排出开口从反应器竖井中排出。
有利地，设置在反应器竖井中的、尤其是设置在该反应器竖井的侧壁或内壁处的电极产生电场，该电场有利地在整个范围上至少部分地正交于移动床的移动通过该反应器竖井的颗粒的移动方向对准。因此，从横截面方向上观察，电场基本水平地延伸。同时，在纵向方向或纵截面方向上观察，颗粒基本竖直地迁移通过反应器竖井。这有利地使得能够至少在反应器竖井的加热区内基本在整个范围上加热至少移动床的颗粒，并避免或至少抵消反应器竖井内局部热点的形成。
在一个实施例中，在反应器竖井内形成第一热整合区、反应区、加热区和第二热整合区。在反应器的竖直纵向方向上观察，从反应器的反应器底部(也称为反应器基部)开始向上至反应器的反应器顶部的各个区是连续的，并且部分地至少部分重叠。更具体地，存在重叠的区域和/或彼此邻接而不重叠的区。加热区主要形成在反应器竖井的设置有电极的区域中。可以想到的是，加热区和反应区至少部分重叠。相反地，这是指反应，即离解，特别是碳从含烃流体中分离，已经-至少部分地-在加热区之外，尤其是在反应区中发生。在下文中-在对附图的描述中-再次详细阐述各个区。
有利地，热解至少在反应区或加热区中进行。更具体地，可以想到的是，热解，即含烃流体(特别是气体)的分解，以及因此碳从含烃流体的分离发生在反应区或加热区或两个区中。有利地，如上所述，热解在两个区的重叠区域中进行。
另外可以想到的是，含烃流体已经至少在第一热整合区中由已经通过加热区并且与含烃流体逆流地移动的移动床的颗粒来预热。更具体地，通过反应器底部(也称为反应器基部)，尤其是经由至少一个馈入开口将含烃流体引入、尤其是吹入到反应器竖井中。因此，含烃流体从反应器底部开始基本在竖直方向上通过反应器竖井向上移动到反应器顶部。含烃颗粒的这种流动与移动床的颗粒的流动相反，该颗粒从反应器顶部开始通过反应器竖井基本竖直向下地迁移到反应器底部。在移动床的颗粒通过反应器竖井的路线上，颗粒在到达第一热整合区之前已经通过至少加热区并在该加热区内吸收热/热能。当移动床的颗粒继而在第一热整合区中遇到含烃流体时，移动床的颗粒将热(热能)释放到含烃流体。因此，在第一热整合区中，含烃流体在其到达加热区之前已经被预热。可以想到的是，含烃流体在第一热整合区中被预热到600-800℃之间的温度。如果在流过第一热整合区的过程中达到至少800℃的温度，则超过和高于该温度形成反应区，在该反应区中，碳从含烃流体中分离并沉积在移动床的颗粒上。因此，可能的是，含烃流体的热解已经在反应区中开始，该反应区由于移动床的颗粒带来的热能而发展。同样可以想到的是，被引入反应器的反应器竖井中的含烃流体在进入之前已经被预热，并因此以预热的形式流入反应器竖井。这里可以将含烃流体预热到例如不超过600℃的温度，有利地预热到低于800℃。因此，在将预热的含烃流体引入反应器竖井之后，可以加速反应区的发展。特别地，与未预热的含烃流体相比，在第一热整合区中预热的含烃流体可以更快地加热到至少800℃的温度。基于反应区通过达到800℃的热解温度而更快地发展，因此热解也可以更快地进行(与未以预热形式引入的含烃流体的情况下的热解相比)，使得整个热解过程可以以更高能效或能量效率的方式进行。然而，如果在反应器外或至少在反应器竖井(反应空间)外预热含烃流体，则必须确保不达到或甚至超过800℃的温度(热解温度)，以使热解能够在反应器竖井内进行。
有利地，进入反应器竖井的移动床的颗粒已经至少在第二热整合区中由加热的含氢流体预热，该加热的含氢流体与移动床的颗粒逆流地流动、由含烃流体产生并且已经通过加热区和释放的碳。因此，从反应器顶部沿反应器的反应器底部的方向观察，第二热整合区是加热区上游的区。然后，至少在反应区中并且有利地也在加热区中分离出碳的含烃流体作为含氢流体流过第二热整合区，该含氢流体从反应区引入相应的热(热能)并且最终还将热从加热区引入到第二热整合区中。然后，将该热能转移给移动床的颗粒，颗粒有利地以未预热的形式被引入到反应器竖井中。因此，在其到达加热区之前，移动床的颗粒已经在第一热整合区中被含氢流体的热能预热。
在一个实施例中，移动床中的碳负载颗粒经由反应器的反应器底部从反应器竖井中排出。可以想到的是，移动床的颗粒被送到对颗粒进行清洁的下游过程，即除去颗粒中的碳，或者将碳负载颗粒送到进一步的化学过程以进行进一步的处理。由于已经发生的反应，移动床的至少一些颗粒在尺寸方面变大。已经变大的颗粒、尤其是较大的颗粒主要从该过程中排出，而尺寸保持不变、尤其几乎不变的小颗粒被再循环。另外可以想到的是，将至少一部分变大的(较大的)颗粒压碎和/或研磨、特别是粉碎，其中，将这些粉碎的颗粒返回处理。
对于根据本发明的第一方面的反应器已经描述的所有优点在所描述的方法中出现。
显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，以上指定的特征和下文中有待阐述的那些特征不仅可用于所指定的特定组合，而且还可用于其他组合或其自身。
附图说明
以下，参照附图详细阐述本发明的反应器和本发明的方法的实施例。
附图分别以示意的形式示出：
图1以截面图示出本发明的反应器的一个实施例的侧视图，
图2以截面图示出图1所示的本发明的反应器的实施例的俯视图，
图3以截面图示出本发明的反应器的一个实施例的电极布置的主视图，
图4以截面图示出本发明的反应器的一个实施例的另一电极布置的主视图，
图5以截面图示出本发明的反应器的一个实施例的另一电极布置的主视图，
图6示出不同几何形状的电极的俯视图，和
图7示出用于说明本发明的方法的本发明的反应器的一个实施例的示意性温度曲线。
具体实施方式
在图1至图7中，分别将具有相同功能和作用模式的元件赋予相同的附图标记。
图1以截面图以示意的形式示出了本发明的反应器1的一个实施例的侧视图。更具体地，这是通过本发明的反应器1的一个实施例的纵截面。图2以截面图示出了图1所示的本发明的反应器1的实施例的俯视图。更具体地，图2示出了图1中所示的本发明的反应器1的实施例的横截面，其基本上沿着图1所示的中心线M延伸。因此，根据图2，反应器1从中间(即在中间)截断。因此，在下文中将共同描述图1和图2。反应器1具有反应器壳体2，反应器壳体2的横截面具有圆形几何形状并且在纵向方向L上像塔一样延伸。反应器壳体2是完全封闭的并且因此具有封闭的反应器壳体壁20，反应器壳体壁横截面呈圆形。在反应器壳体2或反应器壳体壁20内设置有反应器竖井3。反应器竖井3的横截面具有呈四边形、尤其是正方形的几何形状，并且在纵向方向L上像塔一样延伸。因此，反应器竖井3包括至少四个侧壁30、31、32、33，尤其是反应器竖井壁30、31、32、33。侧壁30、31、32、33中的至少两个、尤其是第一侧壁30和第三侧壁32彼此平行。反应器竖井3是反应空间，其因此具有反应腔34，在反应腔34内发生化学反应、尤其是含烃流体(主要是含烃气体)的热解。在反应器竖井3、尤其是反应器竖井3的侧壁30、31、32、33与反应器壳体2、尤其反应器壳体壁20之间设置有反应器衬里4。该反应器衬里4有利地在反应器竖井3与反应器壳体2之间沿周向方向和纵向方向L完全延伸。反应器衬里4主要用于保护反应器壳体免受引入到反应器竖井2的反应腔34中的热能的影响。此外，图1和图2示出了总共六个电极10、11、12、13、14、15，这些电极设置在反应器竖井3上，更具体地，设置在反应器竖井3的第一侧壁30和第三侧壁32上。相应地，三个电极10、12和14设置在第一侧壁30上，而另外三个电极11、13和15设置在第三侧壁32上。有利地，各个电极10、11、12、13、14、15在横截面方向上观察在侧壁30、32的整个宽度上延伸。第二侧壁31和第四侧壁33基本不具有电极。相对的电极10、11、12、13、14、15分别形成电极对101、102、103。例如，电极10和11形成第一电极对101，电极12和13形成第二电极对102，并且电极14和15形成第三电极对103。有利地，在纵向方向L上观察，电极对101、102、103的各个电极10、11、12、13、14、15处于相同的高度。附图标记M表示中心线的特征。因此，该(理论)中心线M限定了沿纵向方向L观察的反应器1的、尤其是反应器竖井3的中间。电极10、11、12、13、14、15主要设置在中心线M的区域中，特别是中心线M附近。特别是如图1所示，至少由电极10和11组成的第一电极对101与中心线部分地接触。相反，由电极12、13组成的第二电极对102和由电极14、15组成的第三电极对103偏移到中心线M上方，即朝反应器1的反应器顶部5的方向偏移，尤其是在反应器竖井3的在中心线M与反应器顶部5之间延伸的部分中。相反，反应器竖井3的从中心线M朝反应器底部6的方向延伸的部分不具有另外的电极对。电极10、11、12、13、14、15在反应器竖井3内相对于沿纵向方向L延伸的反应器竖井3的高度的布置可以单独设计，并且由加热区和所得反应区的期望位置决定。更具体地，电极10、11、12、13、14、15的定位相应地还取决于加热区相对于中心线M是形成在反应器竖井3的上部区域还是下部区域中。电极10、11、12、13、14、15的这种可变定位例如也在下面的图3、图4和图5中示出。
图3、图4和图5各自截面图示出了本发明的反应器1的一个实施例中的电极的布置的主视图。
如图3所示，这里使用的三个电极对101、102、103定位在反应器竖井3内，使得第二电极对102的电极至少部分地与(理论)中心线M接触，并且因此在至少一部分中设置在反应器竖井3的中间。然后其余电极对101和103在反应器竖井3内设置在距中心线M一定的距离处。因此，第一电极对的电极101设置在反应器竖井3的位于中心线M与反应器底部6之间的区域中，即相对于中心线M的下部区域中，而第三电极对103的电极设置在反应器竖井3的位于中心线M与反应器顶部5之间的区域中，即相对于中心线M的上部区域中。
如图4所示，也可以想到的是仅两个电极对101和102的布置，其中，电极对101、102中的任一个，尤其是相应电极对101、102的电极中的任何一个都不与理论中心线M甚至部分地接触。相反，第一电极对101的电极设置在反应器竖井3的在中心线M与反应器底部6之间的区域中，即相对于中心线M的上部区域，而第二电极对102的电极则设置在反应器竖井3的在中心线M与反应器顶部5之间的区域中，即相对于中心线M的上部区域中。
如图5所示，还可以想到借助于仅一个电极对101的构造。在这种情况下，该电极对101的相应电极至少部分地与(理论)中心线M接触，并且有利地跨过该中心线M延伸进入反应器竖井3的在中心线M与反应器顶部5之间形成的上部区域中，并且同样进入反应器竖井内3的在中心线M与反应器底部6之间形成的下部区域中。电极对101的电极主要布置为使得在反应器竖井3的上部区域中存在较大面积的电极对101的相应电极。因此，电极对101的电极(即，电极子101)相对于中心线M观察略微朝上偏置地设置。
可以想到的是每个电极对101、102、103的电极的替代位置和替代数量的电极对101、102、103。这是指也可以在反应器竖井3内设置多于三个的电极对101、102、103。然而，不仅反应器竖井3内的电极对101、102、103的数量和定位可以变化。
如图6所示，电极10、11、12、13、14、15也可以具有不同的几何构造。例如，可以想到使用网状电极16或圆形电极17，以及使用四边形、尤其是矩形的电极18、19。电极16、17、18、19的尺寸也可以是不同的。例如，矩形的、大面积的电极19的尺寸可以使得其基本上包括至少两个、特别是三个或更多个矩形电极18的尺寸，并且因此也可以单独地或与相同几何形状的电极19一起设置在反应器竖井中，以产生电极对。在反应器竖井3内使用或布置多个电极对101、102、103有利地能够建立不同的轴向温度区。因此，在移动床的颗粒材料的不同阻力特性的情况下，通过场参数对温度进行受控地调节是有利的。
图7示出了用于说明本发明的方法的本发明的反应器1的实施例的示意性温度曲线。结合例如图1和图2中所示的反应器1的基本构造来阐述图7的温度曲线。温度被绘制在温度曲线的x轴上。通过举例的方式指定的阈值为800℃和1500℃。反应器竖井3在纵向方向L上的轴向范围在y轴上示出。图7所示的放热发生在本发明的反应器1的竖井3的反应腔34中。含烃流体40经由反应器底部6中的在此未示出的入口开口/馈入开口引入到反应器竖井3中、尤其是引入到反应器竖井3的反应腔34中，并且移动床的颗粒50通过反应器顶部5中的在此未示出的进入开口/馈入开口引入。含烃流体40从反应器底部6开始朝反应器顶部5的方向流过反应器竖井3。移动床的颗粒50沿相反的方向从反应器顶部5开始朝反应器底部6的方向迁移通过反应器竖井3。含烃流体40在进入反应器竖井3之前可以已经预热。可能的温度低于800℃、尤其是基本约600℃。然而，也可以想到的是，含烃流体40在没有预热的情况下引入到反应器竖井3中。基本同时，移动床的颗粒50也引入到反应器竖井3中，并且在其通过反应器竖井3向下至反应器底部6的途中，迁移通过第二热整合区W2、加热区B、反应区R和第一热整合区W1。在形成于加热区B与反应器顶部5之间的第二热整合区W2中，移动床的颗粒50在反应器竖井3内预热。这通过转移热能来实现，该热能从加热的含氢气体41转移到移动床的颗粒50，加热的含氢气体41来自加热区B，经由反应器顶部5中的在此未示出的出口开口/排出开口离开反应器竖井3。因此，在第二热整合区W2中，有利地进行从气相到固相的热/热能整合。含氢气体41是由于引入反应器竖井3的含烃流体40的热解而形成的反应产物。热解有利地发生在反应区R中、并且至少部分地也在加热区B中，以及有利地(也)在反应区R和加热区B的重叠区域中。为了引发热解，即烃热离解为碳和氢组分，并因此将碳从含烃流体40中分离，要求的最低温度约为800℃。有利地已经在通过第一热整合区W1之后达到该最低温度。在该第一热整合区W1中，热能从移动床的负载颗粒51开始转移到含烃流体40，该负载颗粒已经在其去往反应器底部6的途中迁移通过加热区B。因此，在第一热整合级W1中，有利地发生从固相到气相的热/热能的整合。含烃流体40越接近加热区B，其变得越热，这是因为通过移动床的负载颗粒51恒定地吸收热能。在本发明的上下文中，移动床的负载颗粒51应理解为是指已经从含烃流体40中接收碳或碳原子的颗粒。碳主要沉积在移动床的颗粒50上和颗粒50之间。这种沉积影响移动床的特性或者移动床的床的电阻特性，该移动床重力式地迁移通过反应器竖井3。通过图1中示例性示出的电极10、11、12、13、14、15在至少四方形的反应器竖井3内的布置、所得的电势场以及移动床的流动方向，移动床或移动床中的颗粒50将新的颗粒材料移动到加热区B中，并因此防止对电阻特性的任何不利影响。在本发明的上下文中，加热区B应理解为指电极10、11、12、13、14、15至少部分地、有利地完全地定位或设置在其内的区域。更具体地，电极10、11、12、13、14、15由于其热输入而产生加热区B。电极10、11、12、13、14、15有利地不阻碍移动床的颗粒50的流动。在达到含烃流体的约800℃的加热时，热解过程因此开始并且形成反应区R。这是指含烃流体40的碳在移动床的颗粒50或至少部分已经负载的颗粒51的方向上迁移。该化学反应过程也可以相应地在加热区B的上游开始，因此在到达由电极10、11、12、13、14、15形成的区域之前，仅通过由移动床的负载颗粒51的热能加热含烃流体40。在加热区B内，移动床的颗粒50以及因此还有含烃流体40被加热到有利地为1200℃至1700℃的最高温度。在该加热区B内进行热解，直到基本所有的碳已经从含烃流体40转移到移动床的颗粒50。其余的是含氢流体41和移动床的负载颗粒51或至少部分负载的颗粒51。因此，还可以想到的是，即使含烃流体40还没有完全流过加热区B，化学反应也已经完成。因此，可以想到的是，反应区R并不另外包括加热区B的整个长度，而是仅仅部分地与加热区B重叠。
附图标记表
1 反应器
2 反应器壳体
3 反应器竖井
4 反应器衬里
5 反应器顶部
6 反应器底部
10、11、12、13、14、15 电极
16 网状电极
17 圆形电极
18 四边形/矩形电极
19 四边形大电极
20 反应器壳体壁
30、31、32、33 反应器竖井壁/侧壁
34 反应腔
40 含烃流体
41 含氢流体
50 移动床的未负载颗粒
51 移动床的负载颗粒
101、102、103 电极对
B 加热区
L 纵向方向
M 中心线
R 反应区
W1 第一热整合区
W2 第二热整合区
x、y 轴。

Claims (15)

1.一种反应器(1)，其至少用于热解含烃流体(40)以至少生产至少含氢流体(41)，其中，所述反应器(1)具有反应器壳体(2)和设置在所述反应器壳体(2)内的反应器竖井(3)，并且所述反应器壳体(2)与所述反应器竖井(3)之间设置有至少用于相对于所述反应器壳体(2)热密封所述反应器竖井(3)的反应器衬里(4)，
其特征在于，
所述反应器竖井(3)在横截面中具有至少四边形的几何形状，其中，用于产生热能的至少一个电极(10、11、12、13、14、15)设置在所述反应器竖井(3)的两个彼此相对的侧壁(30、31、32、33)中的每一个上。
2.根据权利要求1所述的反应器(1)，
其特征在于，
在所述反应器(1)的竖直纵向方向(L)上观察，彼此相对的电极(10、11、12、13、14、15)至少部分地设置在所述反应器竖井(3)的中间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，
其特征在于，
在所述反应器竖井(3)的所述两个彼此相对的侧壁(30、31、32、33)中的每一个上设置有用于产生热能的至少两个或更多个电极(10、11、12、13、14、15)，其中，在所述反应器(1)的竖直纵向方向(L)上观察，所述反应器竖井(2)的每个侧壁(30、31、32、33)的电极(10、11、12、13、14、15)中的至少一个至少部分地设置在所述反应器竖井(3)的中间，或者每个侧壁(30、31、32、33)的电极(10、11、12、13、14、15)中的每一个至少设置在所述反应器竖井(3)的中间的上方或下方。
4.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，
其特征在于，
所述电极(10、11、12、13、14、15)布置为使得所述电极产生部分地并且在横截面上观察至少间歇地均匀的电场。
5.根据前述权利要求中任一项所述的反应器(1)，
其特征在于，
所述反应器(1)具有反应器顶部(5)和反应器底部(6)，其中，所述反应器顶部(5)和所述反应器底部(6)各自具有能够至少间歇关闭的馈入开口和排出开口，至少流体或固体、尤其是颗粒能够通过所述馈入开口和所述排出开口引入或排出，使得为了产生移动床，颗粒(50)至少间歇地通过所述反应器顶部(5)连续引入所述反应器竖井(3)中。
6.根据权利要求5所述的反应器(1)，
其特征在于，
所述电极(10、11、12、13、14、15)布置为使得其产生电场，所述电场至少部分地正交于所述移动床的移动通过所述反应器竖井(3)的颗粒(50)的移动方向。
7.一种至少用于热解含烃流体(40)以至少生产至少含氢流体(41)的方法，其中，所述含烃流体(40)与由颗粒(50)组成的反应器的移动床逆流地馈入到所述反应器(1)的反应器竖井(3)，
其特征在于，
至少所述移动床的所述颗粒(50)或所述含烃流体(40)通过设置在所述反应器竖井中的用于产生热能的电极(10、11、12、13、14、15)加热至800-1600℃之间、优选800-1400℃之间的范围中的限定温度。
8.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于，
所述方法在根据前述权利要求1至6中任一项所述的反应器(1)中进行。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述移动床的所述颗粒(50)在所述反应器(1)的竖直纵向方向(L)上重力式地从所述反应器(1)的反应器顶部(5)向下迁移到所述反应器(1)的反应器底部(6)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述电极(10、11、12、13、14、15)产生电场，所述电场至少部分地正交于所述移动床的移动通过所述反应器竖井(3)的所述颗粒(50)的移动方向。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
在所述反应器竖井(3)内形成第一热整合区(W1)、反应区(R)、加热区(B)和第二热整合区(W2)，其中，在所述反应器(1)的竖直纵向方向(L)上观察，从所述反应器(1)的所述反应器底部(6)开始到所述反应器(2)的所述反应器顶部(5)，各个区是连续的并且至少部分地部分重叠。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于，
至少在所述反应区(R)或所述加热区(B)中进行所述热解。
13.根据权利要求11和12中任一项所述的方法，
其特征在于，
已经至少在所述第一热整合区(W1)中，由所述移动床的已经通过所述加热区(B)并且与所述含烃流体(40)逆流地移动的所述颗粒(51)，来预热所述含烃流体(40)。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，
其特征在于，
已经至少在所述第二热整合区(W2)中，由加热的含氢流体(41)来预热所述移动床的进入所述反应器竖井(3)的所述颗粒(50)，所述加热的含氢流体(41)与所述移动床的所述颗粒(50)逆流地流动、由所述含烃流体(40)产生并且已经通过所述加热区(B)和释放的碳。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述移动床中的碳负载颗粒(51)经由所述反应器(1)的所述反应器底部(6)从所述反应器竖井(3)排出。
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