CN117548031A - 用于改进烃提质的系统和工艺 - Google Patents
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Abstract
一种用于对含烃流进行热处理的反应器系统，所述系统包括压力容纳容器和传热介质，所述压力容纳容器包括内部腔室，所述传热介质将电流转换成热量且位于所述压力容纳容器的内部腔室内，其中，所述传热介质包括第一端面、第二端面以及在所述第一端面和所述第二端面之间延伸的通道。一种用于热处理含烃流的工艺，包括：将所述含烃流引入所述反应器系统；在不加热所述压力容纳容器或所述传热介质的情况下对所述压力容纳容器和所述传热介质加压；向所述传热介质供应电流；将所述电流转换为热量；加热所述含烃流；以及将所述含烃流转化为流出物流。
Description
本申请是申请号为201980049714.2的中国专利申请(申请日：2019年8月20日，发明名称：用于改进烃提质的系统和工艺)的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月31日提交的美国临时专利申请号62/725,807的优先权，其全部公开内容以引用的方式并入本文中。
背景技术
技术领域
本说明书总体上涉及用于通过使用电流将含烃流转化为所需产物同时最小化二氧化碳(CO2)排放的系统和工艺。特别地，本说明书涉及使用传热介质的系统和工艺，该传热介质将电流转换成热量以加热含烃流。
原料乙烷、丙烷、丁烷、石脑油和其他烃必须先进行提质，然后才能用作商业上有价值的产品，例如氢、烯烃和芳烃。该提质过程通常使用反应器系统，在该系统中，燃烧——例如甲烷燃烧——用于加热压力容纳容器(pressure containment vessel，压力安全壳)中的内容物。传统反应器系统的燃烧炉会产生额外的CO2排放。含烃流流过设置在压力容纳容器内的管式反应器，并且管式反应器加热用蒸汽稀释的含烃流，将含烃流转化为包括所需产物的流出物流。然而，常规系统的管式反应器由于温度和负面的催化影响而易于形成焦炭。这继而导致生产时间减少，因为必须关闭反应器以去除焦炭。随着时间的流逝，焦炭沉积将使常规管式反应器的金属表面劣化，从而导致结构完整性的损失和管式反应器的退役。
因此，需要用于将含烃流转化为所需产物同时减少CO2排放(例如通过常规燃烧系统和工艺产生的那些)和催化焦炭形成的系统和工艺。
发明内容
根据本公开的一个实施方式，一种用于热处理含烃流的反应器系统，包括：压力容纳容器，所述压力容纳容器包括由第一端、第二端和从所述第一端延伸到所述第二端的至少一个侧壁限定的内部腔室；和传热介质，所述传热介质将电流转换成热量且位于所述压力容纳容器的所述内部腔室内，其中，所述传热介质包括第一端面、第二端面以及在所述第一端面和所述第二端面之间延伸的通道。
根据本公开的另一个实施方式，一种用于热处理含烃流的工艺，包括：将所述含烃流引入传热介质的通道中，其中，所述传热介质位于压力容纳容器的内部腔室内；在不加热所述压力容纳容器或所述传热介质的情况下对所述压力容纳容器和所述传热介质加压；向所述传热介质供应电流；将所述电流转换成热量，从而提高所述传热介质的温度，加热所述传热介质的通道内的所述含烃流；在所述传热介质的通道内将所述含烃流转化成流出物流；以及从所述传热介质的通道中去除所述流出物流。
另外的特征和优点将在下面的具体实施方式中加以阐述，并且对于本领域技术人员而言，部分地从具体实施方式变得显而易见，或通过实践本文所描述的实施例(包含下面的具体实施方式、权利要求以及附图)而被认识。
应理解，上述一般性描述和以下详细描述都描述了各种实施例，并且意图提供用于理解所要求保护的主题的性质和特征的概述或框架。附图包含在内以提供对各种实施例的进一步理解，并且附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图说明本文所描述的各种实施例，并且与具体实施方式一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
图1示意性地描绘了根据本文公开和描述的实施方式的用于将含烃流转化成所需产物的系统和工艺的第一实施方式；以及
图2示意性地描绘了根据本文公开和描述的实施方式的压力容纳容器及其部件。
具体实施方式
现在将详细参考用于将含烃流转化成所需产物，例如氢、烯烃或芳族烃中的至少一种的系统和工艺的实施方式，其实施方式在所附附图中示出。只要可能，在整个图式中相同的参考标号将用于指代相同或相似的零件。
在一个实施方式中，一种用于热处理含烃流的反应器系统，包括：压力容纳容器，所述压力容纳容器包括由第一端、第二端和从所述第一端延伸到所述第二端的至少一个侧壁限定的内部腔室；和传热介质，所述传热介质将电流转换成热量且位于所述压力容纳容器的所述内部腔室内，其中，所述传热介质包括第一端面、第二端面以及在所述第一端面和所述第二端面之间延伸的通道。
在另一个实施方式中，一种用于热处理含烃流的工艺，包括：将所述含烃流引入传热介质的通道中，其中，所述传热介质位于压力容纳容器的内部腔室内；在不加热所述压力容纳容器或所述传热介质的情况下对所述压力容纳容器和所述传热介质加压；向所述传热介质供应电流；将所述电流转换成热量，从而提高所述传热介质的温度，加热所述传热介质的通道内的所述含烃流；在所述传热介质的通道内将所述含烃流转化成流出物流；以及从所述传热介质的通道中去除所述流出物流。
现在参考图1，提供了用于将含烃料转化成所需产物的系统的实施方式。应理解，图1中描绘的实施例是例示性的并且不限制本公开的范围。如图1描绘的实施方式中所示，用于将含烃流210转化为包括所需产物的流出物流220的系统100包括串联和/或并联的热交换器110、压力容纳容器120、急冷交换器130、冷却剂鼓140、过热器150和第二热交换器160。应当理解，根据各种实施方式，系统100可以包括系统100的上文所列部件的各种组合。此外，系统100可以包括一个或多个热交换器，其可以彼此热耦合。系统100还可以包括串联和/或并联的一个或多个过热器150。
根据图2所示的实施方式，压力容纳容器120包括内部腔室和传热介质240。压力容纳容器120的内部腔室由第一端250、第二端260和从第一端250延伸至第二端260的至少一个侧壁230限定。传热介质240将电流转换成热量且位于压力容纳容器120的内部腔室内。如图2描绘的实施方式中所示，传热介质240包括第一端面242、第二端面244以及在第一端面242与第二端面244之间延伸的通道246。第二端面244可抵靠第二端260放置，以避免混合含烃流210和流出物流220。传热介质240的通道246可以流体耦合至压力容纳容器120的内部腔室。可以不加热用于从传热介质240的第二端244流体耦合到急冷交换器130的入口的机构。在实施方式中，含烃流210在第一端面242处进入传热介质240的通道246，并行进通过传热介质240的通道246到传热材料240的第二端面244。
根据实施方式，传热介质240由不导电的材料形成，并且传热介质240能够在压力容纳容器120的操作条件下起作用。此外，传热介质240由不具有化学反应性的材料形成，除非旨在出于催化目的而具有化学反应性。具体地，传热介质240可以不产生催化焦炭，这可以延长反应器系统的寿命。在一些实施方式中，传热介质240可以是柱形、正方形、矩形、球形或金字塔形，然而传热介质240的几何形状不受限制。传热介质240可以是含烃流可以流过的任何形状。在一些实施方式中，传热介质240包括陶瓷和/或金属中的至少一种。传热介质240包括在反应条件的温度和压力下不会熔化或变形的材料。也就是说，传热介质240可以在这样的条件下运行：温度范围为300℃至450℃、或600℃至1200℃，诸如800℃至1000℃、850℃至950℃、或825℃至900℃；并且压力为至少1巴(100kPa)，诸如至少2巴(200kPa)或至少3巴(300kPa)。在其它实施方式中，压力可以为至少10巴(1000kPa)、至少15巴(1500kPa)、至少25巴(2500kPa)、至少30巴(3000kPa)、至少40巴(4000kPa)或至少50bar(5000kPa)。在一些实施方式中，传热介质240可以在0.5至3巴、1至3巴、2至3巴、0.5至2巴、1至2巴、或0.5至1巴的压力下运行。此外，在一些实施方式中，传热介质240可以包括碳化硅、石墨和铝中的至少一种。在一些实施方式中，传热介质240可以不包括任何或高度的镍或铬。
在实施方式中，传热介质240可以可移除地定位在压力容纳容器120中。如在本公开全文中使用的，术语“可移除地定位”是指系统部件从其在系统内的放置位置的可移除性。具体地，因为这涉及传热介质240，所以传热介质240可以被定位在压力容纳容器120内并且可以从该位置移除、放置在压力容纳容器120内的替代位置或从压力容纳容器120中移除，而不会损坏压力容纳容器120或传热介质240。传热介质240还可以包括电阻器、可移除地耦合到电流源的电引线以及电绝缘体。如在本公开全文中所使用的，术语“可移除地耦合”是指系统部件从其在系统内的耦合中的可移除性，而不损坏任何耦合的部件。具体地，因为这涉及电引线，所以电引线可以耦合到电流源，并且可以从该耦合中移除，这意味着电引线可以不再耦合到电流源。
如上所述，传热介质240还可以包括一个或多个电路、电阻器、电引线和电绝缘体。所述一个或多个电路可以包括一个或多个电极。电极是用于与电路的非金属部分接触的电导体。电路可将电流传导通过传热介质240。在实施方式中，电路的非金属部分可以包括传热介质240。作为非限制性实施例，电极可以设置在传热介质240的表面上、并入传热介质240中、或者分散在整个传热介质240中。传热介质240的表面可以包括传热介质240的第一端面242和第二端面244。电引线是一种电耦合机制，由一定长度的线材或金属垫组成，被设计为将两个位置或设备电耦合。
电绝缘体是一种内部电荷不能自由流动的材料；在电场的影响下，几乎没有电流流过它。电绝缘体与其他材料(例如导体和半导体)的区别特性在于它们的电阻率；绝缘体的电阻率高于半导体或导体。电绝缘体的非限制性实施例可以包括玻璃或陶瓷。在实施方式中，可以承受传热介质240中的操作条件的玻璃或陶瓷可以用作电绝缘体。此外，电绝缘体可以是气密的，这意味着气体不会通过电绝缘体从传热介质240泄漏。
电阻器精确控制电路中的电阻量；提供比绝缘体更多的电阻率控制。在实施方式中，电阻器是实现电阻作为电路元件的无源两端子电气部件。作为非限制性实施例，可以使用电阻器来减少电流并分压，从而以受控的方式从电流生成热量。因此，可以使用电阻器将电流转换成热量。固定式电阻器的电阻仅随温度、时间或工作电压而略有变化。电阻器可以包括专门针对特定电阻而选择的电阻器，意在生成热量。作为非限制性实施例，可以将电阻器设置在传热介质240的表面上、并入传热介质240中、或者分散在整个传热介质240中。因此，在一个或多个实施方式中，将电流引入传热介质，并且电流被电阻器转换成热量，从而加热传热介质，并且继而加热传热介质内的通道。在一些实施方式中，例如但不限于，当传热材料包括石墨时，传热材料还可以用作电阻器。
在一些实施方式中，电绝缘体可以被设置在电阻器和压力容纳容器120的内部腔室之间，使得比反应条件所需的更大的电流可以不被电阻器转换成热量并且可以被容纳在传热介质240内且不散逸到压力容纳容器120的内部腔室中。具体地，电绝缘体可以用于将电容纳在传热介质240内，从而防止系统100的其他组件传导电流。绝缘体材料具有足够高的电阻以避免发热。电绝缘体通过压力承受设备的壁传递电流，并耦合到传热介质。传热介质240中的热量可以经由流出物流220传递至急冷交换器130。
如先前所公开的，通过电阻器将电流转换成热量而产生的热量可以被容纳在传热介质240内，并且可以不散逸到压力容纳容器120的内部腔室中。然而，在一些实施方式中，由于对流，热辐射和其他次级热效应可能会引起一些热量散逸到压力容纳容器120的内部腔室中。为了防止热量散逸到压力容纳容器120的内部腔室中，压力容纳容器120可以在内部衬有绝热材料，以最小化热损失并且最小化从传热介质240到压力容纳容器120的热传递。该绝热材料可以是耐火材料，例如但不限于，红柱石、mulcoa、莫来卡特(molochite)、火泥、粘土、熔融二氧化硅、高铝、偏高岭土和膨润土。在一些实施方式中，绝热材料可以用作压力容纳容器120的外壁与传热材料240之间的屏障。
在一些实施方式中，反应器系统耦合到电流源，该电流源经由电引线将电流提供给传热介质240。电引线经由与电流源和传热介质240两者的电耦合将电流从电流源传送到设置在压力容纳容器120内的传热介质240。在各种实施方式中，电流源可以是不产生CO2排放的可再生能源。在实施方式中，电流源可以是电池、太阳能、核能、风能、蒸汽能、天然气、水力发电、煤等。可以在系统100外部减小或增大电流。在一些实施方式中，可以主动地控制、接通和断开电流，并且可以将其减小或增大以控制在传热介质240中生成的热量。此外，在一些实施方式中，可以有多于一种的电流通过传热介质240。这些一种或多种电流可以控制传热介质240内的一个或多个反应区，从而具体地在传热介质240内的一个或多个反应区中生成热量。反应区是传热介质240的一部分，其能够产生如本文所定义的反应条件。在一些实施方式中，可以主动地控制这些一种或多种电流，并且可以将其减小或增大以控制在传热介质240中的一个或多个反应区中生成的热量。
在一些实施方式中，传热介质240包括一个或多个反应区。在一些实施方式中，传热介质240包括至少两个反应区。所述至少两个反应区可以是并联的或串联的。这些至少两个反应区中的每一个独立地接收可以转换为热量的电流。电流的电压以及电流的特定安培数指示传热介质240的热量。具体地，可以根据传热介质240的电阻率值和在传热介质240中转换为热量的电流的安培值来确定在转化含烃流210的过程中传热介质240的温度。焦耳第一定律指出，电导体产生的加热功率(P)与其电阻(R)和电流平方(I)的乘积成正比，如公式1所示：
P∝I2R(1)
根据实施方式，传热介质240的各个区可以被设计为具有不同的电阻率，在确定特定区内的传热介质240的所需热量时可以考虑所述不同的电阻率。这可以通过在传热介质240的不同区处提供不同的电阻器材料和/或不同数量的电阻器材料来实现。不同的电阻率可引起在传热介质240的各个区中生成的热量的量不同。通过改变传热介质240中的电流，也可以实现在传热介质240的各个区中生成不同量的热量。
在一些实施方式中，传热介质210还包括催化剂。根据实施方式，催化剂可以包括银、氧化铁、氧化钼、氧化钒、氧化铬、氧化镍、氧化铜、氧化锆、碳酸钾、氧化钾、氧化钛、氧化镉、氧化铝、氧化锡和/或氧化铂中的至少一种。
根据实施方式，可以改变压力容纳容器120的内部腔室的压力而不加热压力容纳容器120的第一端250、压力容纳容器120的第二端260、压力容纳容器120的所述至少一个侧壁230或传热介质240中的任何一个。这是可能的，因为设置在压力容纳容器120内的传热介质240不通过使用常规燃烧来加热。常规反应器系统利用燃烧来产生热处理含烃流210所必需的反应条件。燃烧产生提质含烃流所需的升高的温度和压力，并且在反应管内提供升高的压力，从而在反应管的内部与反应管的外部之间产生压差。因此，用于常规反应器系统的反应管的材料必须选自能够承受由此引起的必要压差的材料。相反，根据本文提供的实施方式，用于热处理含烃流210的反应器系统和工艺通过将电流转换成传热介质240中的热量而产生升高的温度，并且如有需要则通过本领域已知的常规工艺控制压力容纳容器内的压力。根据本文提供的实施方式，反应器系统和工艺不在传热介质240的内部和传热介质240的外部之间产生压差。取而代之的是，通过常规方式对压力容纳容器120的内部腔室加压，从而对内部腔室和传热介质240加压并避免产生压差。因此，与常规系统和工艺的反应管不同，传热介质240不需要承受压差。例如但不限于，用于增加压力的常规工艺可以包括将气体泵送到压力容纳容器120中。传热介质240通过电流在传热介质240处转换成热量而被加热，但是这种加热在传热介质240中进行，而不是在整个压力容纳容器120中进行。然而，在实施方式中，热量可从传热介质240辐射到压力容纳容器120内的大气中。也就是说，与使用燃烧增加整个压力容纳容器120内的压力和温度两者的常规系统不同，本公开的系统和工艺通过将电流转换成热量来直接提高传热介质240的温度，这可以通过将热量从传热介质240散逸到压力容纳容器120的大气中而间接地提高整个压力容纳容器120的温度。
根据实施方式，反应器系统中可以包括一种或多种另外的部件。在实施方式中，诸如在图1中所示，热交换器110可以流体耦合至压力容纳容器120的入口。急冷交换器130可以流体耦合至压力容纳容器120的出口中的至少一个。在一些实施方式中，急冷交换器130流体耦合至压力容纳容器120的所有出口。急冷交换器130可以用作热交换器。冷却剂鼓140可以流体地耦合至急冷交换器130的出口中的至少一个。冷却剂鼓140可以是本领域中已知的蒸汽鼓。冷却剂鼓140是一种冷却系统，其中，冷却剂液从冷却剂鼓供应到急冷交换器130的出口中的至少一个。蒸汽水循环回路可存在于冷却剂鼓140和急冷交换器130之间。可以将锅炉给水提供给冷却剂鼓140，并且从冷却剂鼓生成蒸汽。在一些实施方式中，急冷交换器130和冷却剂鼓140可被容纳在一种结构中。过热器150可以流体耦合至冷却剂鼓140的出口。在一些实施方式中，冷却剂鼓140的出口可以是蒸汽出口。作为非限制性实施例，过热器150可以是电过热器或蒸汽过热器。第二热交换器160可以热耦合到热交换器110的入口。急冷交换器130可以与第二热交换器160流体耦合。
根据一个或多个实施方式，现在将描述图1的实施方式中所描绘的用于使用系统100将含烃流210转化成所需产物(例如，流出物流220，其包括氢、烯烃或芳族烃中的至少一种)的工艺。将含烃流210引入热交换器110中。应当理解，根据各种实施方式，含烃流210可以包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、水(H2O)以及低水平的CO2、CO、N2、CO、CO2和H2中的至少一种。在一些实施方式中，含烃流210包括C1至C5烃。在其他实施方式中，含烃流210包括C1至C20烃。在又一个实施方式中，含烃流210包括C1至C50烃。
根据实施方式，压力容纳容器120可使用蒸汽在传热介质240中通过蒸汽甲烷重整工艺将含烃流210转化成包括一氧化碳(CO)和氢的流出物流220。例如，根据一个或多个实施方式，对于以下反应，传热介质240的通道246的出口处于平衡：(1)CH4+H2O→CO+3H2；和(2)CO+H2O→H2+CO2。另外，未反应的甲烷和水将存在于传热介质240的通道246的出口处。在一些实施方式中，CO、CO2和N2可以存在于传热介质240的通道246的出口处。此外，在一些实施方式中，该反应中可以存在镍基催化剂。尽管对传热介质240的操作温度没有特别限制，只要其能够驱动上述反应即可，但是在一个或多个实施方式中，传热介质240在400摄氏度(℃)至450℃(例如415℃至435℃，或约425℃)的入口温度下运行。在一些实施方式中，传热介质240在大于600℃、大于700℃、大于800℃、大于900℃、大于950℃、大于1000℃、大于1050℃或高达1100℃的入口温度下运行。同样，对压力容纳容器120的操作压力没有特别限制，只要其能够驱动上述反应即可，但是在一个或多个实施方式中，压力容纳容器120在38巴(3.8MPa)至46巴(4.6MPa)(例如40巴(4.0MPa)至44巴(4.4MPa)，或约42巴(4.2MPa))的压力下运行。在实施方式中，进入传热介质240的进料可以包括30wt.％的甲烷至40wt.％的甲烷，例如33wt.％的甲烷至38wt.％的甲烷，或约36wt.％的甲烷。因此，在实施方式中，进入传热介质240的含烃流210可以包括60wt.％的水至70wt.％的水，例如62wt.％的水至67wt.％的水，或约63wt.％的水。
热处理含烃流210的工艺包括：将含烃流210引入传热介质240的通道246中。传热介质240位于压力容纳容器120的内部腔室内。该工艺还包括：对压力容纳容器120和传热介质240加压而不加热压力容纳容器120或传热介质240。传热介质240的通道246可以流体耦合至压力容纳容器120的内部腔室。该流体耦合可以允许压力容纳容器120和通道246加压。该工艺还包括：将电流供应给传热介质240，将电流转换成热量，从而在不直接加热压力容纳容器120的内部腔室的情况下提高传热介质240的温度，从而加热传热介质240的通道246内的含烃流210。最后，该工艺包括：将含烃流210转化为传热介质240的通道246中的流出物流220，并从传热介质240的通道246中去除流出物流220。从传热介质240的第二端244到急冷交换器130的入口的流体耦合可形成为允许含烃流210在传热介质240的所有通道246中的层流和相等的停留时间。尽管附图显示含烃流210和流出物流220在不同位置进入和离开压力容纳容器120，但是应当理解，含烃流210和流出物流220可以在任何位置进入和离开压力容纳容器120。
将含烃流210转化为流出物流220可以包括：提高含烃流210的温度，从而引起产生流出物流220的化学反应。含烃流210可以在足以形成流出物流220的反应条件下与传热介质240的通道246接触。反应条件可以包括：范围为300℃至450℃、或600℃至1200℃，例如800℃至1000℃、或825℃至900℃的温度；以及至少1巴(100kPa)，例如至少2巴(200kPa)或至少3巴(300kPa)的压力。在其它实施方式中，压力可以为至少10巴(1000kPa)、至少15巴(1500kPa)、至少25巴(2500kPa)、至少30巴(3000kPa)、至少40巴(4000kPa)或至少50bar(5000kPa)。在一些实施方式中，传热介质240被加热到大于600℃、大于800℃、大于900℃、大于950℃、大于1000℃、大于1050℃、大于1100℃、大于1150℃、大于1200℃或大于1500℃的温度。在传热介质240的通道246中发生的反应产生流出物流220。在一些实施方式中，在压力容纳容器120中发生的反应进一步产生包括CO、CO2、H2、H2O、CH4、C2H6、C2H2、C3H6、C3H8和C3H4中的一种或多种的副产物。
流出物流220包括氢、烯烃和芳族烃中的至少一种。在一个或多个实施方式中，流出物流220基本上由氢、烯烃和芳烃中的至少一种组成或由氢、烯烃和芳烃中的至少一种组成。在实施方式中，烯烃包括C2至C5烯烃，例如乙烯(C2H4)、丙烯(C3H6)和丁烯(C4H8)。在其他实施方式中，烯烃包括C2至C10烯烃。烯烃可以包括C2至C20烯烃。在又一个实施方式中，烯烃可以包括C2至C50烯烃。在一些实施方式中，烯烃可以包括二烯烃，例如丁二烯。芳烃可以包括苯及其衍生物，例如甲苯、乙苯、邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯、均三甲苯、杜烯、2-苯基己烷和联苯。收集流出物流220，并将其用于各种其他工艺中以制备所需的终产物。
该工艺还可以包括：在将含烃流210引入传热介质240的通道246之前，通过使含烃流210通过热交换器110来预热含烃流210。热交换器110的出口温度可以低于传热介质240的通道246的工作温度。第二热交换器160可用于从流出物流220去除热量，其中，从流出物流220去除的热量可用于预热含烃流210。这对于本文公开的系统和工艺来说可以是一种可选的部件，因为当含烃流210是蒸汽流时，不需要在将含烃流210引入传热介质240的通道246之前预热含烃流210。可以存在一个或多个热交换器110和160，它们可以是并联和/或串联的。热交换器110和160可以最小化系统110的电能消耗。
在一些实施方式中，该工艺还包括：在通过使流出物流220通过急冷交换器130而从传热介质240去除流出物流220之后从流出物流220去除热量。急冷交换器可将流出物流220冷却至低于反应温度。将流出物流220冷却至低于反应温度可防止流出物流220发生进一步的反应或转化。在一些实施方式中，急冷交换器130在1000毫秒、500毫秒、200毫秒、100毫秒或50毫秒内将流出物流220冷却至低于1200℃、低于1000℃、低于800℃、低于600℃或低于500℃。急冷交换器130可以在与压力容纳容器120相似或相同的压力下运行。该工艺还可以包括：使冷的冷却剂流310通过冷却剂鼓140，然后到达急冷交换器130。该工艺可以包括：用冷的冷却剂流310在急冷交换器130中冷却流出物流220。然后，该工艺还可以包括：将热的冷却剂流320从急冷交换器130传递到冷却剂鼓140。在一些实施方式中，该工艺还包括：将热的冷却剂流320传递到过热器150。传递热的冷却剂流320可以增加系统100的能量效率并使蒸汽中容纳的可用功最大化。然后，该工艺还可以包括：在本领域已知的其他工艺中，例如作为非限制性示例，使用热的冷却剂流320来驱动蒸汽轮机。这些对于本文公开的系统和工艺来说是可选的部件，因为可以根据本领域已知的其他方法冷却流出物流220。在一些实施方式中，该工艺可以包括：使流出物流220通过第二热交换器160，该第二热交换器可以与热交换器110热耦合。第二热交换器160可以冷却流出物流220并且将热量从流出物流220传递到热交换器110以加热含烃流210。可以存在一个或多个第二热交换器160，它们可以是并联和/或串联的。
至少部分地因为它们不涉及燃烧压力容纳容器的内部腔室内的气体，所以本文公开和描述的用于将含烃流转化为所需产物的系统和工艺的实施方式引起与用于将含烃流转化为C2至C5烃的已知工艺相比降低的焦炭产生。焦炭可以由于传热介质240的表面或传热介质240的通道246上的催化焦炭形成而形成，或由于本体气相中的热焦炭形成而形成。不在传热介质240的表面或传热介质240的通道246上沉积的热焦炭可继续与流出物流220一起流到传热介质240下游的系统100的部件。然而，如果催化焦炭存在于传热介质240的表面或传热介质240的通道246上，则其可以捕获形成在本体气相中的热焦炭，从而将更多的焦炭添加到传热介质240的通道246上的焦炭层上。本文的系统和工艺减少或消除了在传热材料240上催化焦炭的形成，并且可以延长去除焦炭的过程之间的时间，或者完全消除去除焦炭的过程的需要。例如，在一个或多个实施方式中，该工艺产生的焦炭产量比常规工艺少25％、50％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％或100％。在一些实施方式中，该工艺不会引起催化焦炭产生。
另外，在一些实施方式中，本文公开的系统和工艺不直接从加热过程产生CO2排放。具体地，本文的系统和工艺利用了电加热系统和工艺，其与利用燃烧反应生成热量的常规系统相比不会从用于加热传热介质240的加热系统和工艺中引起直接的CO2产生。这些燃烧反应系统和工艺通常燃烧甲烷或其他气体，这会产生必须从系统中排放的CO2。通过使用不需要燃烧的系统，每年可以减少数百万吨的CO2产量。应当清楚的是，尽管流出物流220可以包括CO2，但是本文公开的系统和工艺并不直接从加热过程中产生CO2排放。
对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可对本文所描述的实施例进行各种修改和变化。因此，本说明书旨在覆盖本文所描述的各种实施例的修改和变化，条件是这类修改和变化落入所附权利要求书和其等同物的范围内。
综上所述，本发明包括但不限于以下项：
1.一种用于热处理含烃流的反应器系统，包括：
压力容纳容器，所述压力容纳容器包括由第一端、第二端和从所述第一端延伸至所述第二端的至少一个侧壁限定的内部腔室；和
传热介质，所述传热介质将电流转换为热量并且位于所述压力容纳容器的所述内部腔室内，其中，所述传热介质包括第一端面、第二端面以及在所述第一端面和所述第二端面之间延伸的通道。
2.根据项1所述的系统，其中，所述传热介质包括陶瓷。
3.根据项1和2中任一项所述的系统，其中，可以在不加热所述压力容纳容器的所述第一端、所述压力容纳容器的所述第二端、所述压力容纳容器的所述至少一个侧壁和所述传热介质中的任何一个的情况下改变所述压力容纳容器的所述内部腔室的压力。
4.根据项1至3中任一项所述的系统，其中，所述传热介质可移除地定位在所述压力容纳容器中，并且还包括电阻器、可移除地耦合到电流源的电引线以及电绝缘体。
5.根据项1至4中任一项所述的系统，其中，所述反应器系统还包括以下各项中的至少一项：
热交换器，所述热交换器流体耦合到所述压力容纳容器的入口；
急冷交换器，所述急冷交换器流体耦合到所述压力容纳容器的出口；
冷却剂鼓，所述冷却剂鼓流体耦合到所述急冷交换器的出口和所述急冷交换器的入口中的至少一个；和
过热器，所述过热器流体耦合到所述冷却剂鼓的出口。
6.一种用于热处理含烃流的工艺，包括：
将所述含烃流引入传热介质的通道中，其中，所述传热介质位于压力容纳容器的内部腔室内；
在不加热所述压力容纳容器或所述传热介质的情况下对所述压力容纳容器和所述传热介质加压；
向所述传热介质供应电流；
将所述电流转换成热量，从而提高所述传热介质的温度，
在所述传热介质的通道内加热所述含烃流；
在所述传热介质的通道内将所述含烃流转化为流出物流，以及
从所述传热介质的通道中去除所述流出物流。
7.根据项6所述的工艺，其中，将所述含烃流转化为所述流出物流包括：提高所述含烃物流的温度，从而引起产生所述流出物流的化学反应。
8.根据项6和7中任一项所述的工艺，还包括：在将所述含烃流引入所述传热介质的通道之前，通过使所述含烃流通过热交换器来预热所述含烃流。
9.根据项6至8中任一项所述的工艺，还包括：在通过使所述流出物流通过急冷交换器而从所述传热介质去除所述流出物流之后从所述流出物流去除热量。
10.根据项6至9中任一项所述的工艺，其中，所述传热介质被加热至大于800℃的温度。
11.根据项6至9中任一项所述的工艺，其中，所述传热介质在大于30巴的压力下操作。
12.根据项6至11中任一项所述的工艺，其中，所述传热介质在0.5至3巴的压力下操作。
13.根据项6至12中任一项所述的工艺，其中，所述流出物流包括氢、烯烃和芳族烃中的至少一种。
14.根据项6至13中任一项所述的工艺，其中，所述含烃流包括C1至C10烃。
15.根据项6至14中任一项所述的工艺，其中，所述含烃流包括C1至C25烃。
Claims (10)
1.一种用于热处理含烃流的反应器系统，包括：
压力容纳容器，所述压力容纳容器包括由第一端、第二端和从所述第一端延伸至所述第二端的至少一个侧壁限定的内部腔室；
传热介质，所述传热介质将电流转换为热量，且其中所述传热介质包含不导电的材料，并且位于所述压力容纳容器的所述内部腔室内；
电阻器，所述电阻器设置在所述传热介质的所述材料上、并入所述传热介质的所述材料中、或分散在所述传热介质的整个所述材料中；和
电引线，所述电引线被配置为向所述传热介质提供电流，
其中，所述传热介质包括第一端面、第二端面以及在所述第一端面和所述第二端面之间延伸的通道，
所述传热介质的所述通道流体耦合至所述压力容纳容器的所述内部腔室且所述第二端面抵靠所述第二端放置。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传热介质包括陶瓷。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的系统，其中，可以在不加热所述压力容纳容器的所述第一端、所述压力容纳容器的所述第二端、所述压力容纳容器的所述至少一个侧壁和所述传热介质中的任何一个的情况下改变所述压力容纳容器的所述内部腔室的压力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述传热介质可移除地定位在所述压力容纳容器中，并且还包括电绝缘体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述反应器系统还包括以下各项中的至少一项：
热交换器，所述热交换器流体耦合到所述压力容纳容器的入口；
急冷交换器，所述急冷交换器流体耦合到所述压力容纳容器的出口；
冷却剂鼓，所述冷却剂鼓流体耦合到所述急冷交换器的出口和所述急冷交换器的入口中的至少一个；和
过热器，所述过热器流体耦合到所述冷却剂鼓的出口。
6.一种用于热处理含烃流的工艺，包括：
将所述含烃流引入传热介质的通道中，其中，传热介质包含第一端面和第二端面以及在所述第一端面和所述第二端面之间延伸的通道，所述传热介质位于压力容纳容器的内部腔室内，
所述传热介质包含不导电的材料，
所述传热介质的所述通道流体耦合至所述压力容纳容器的所述内部腔室，且所述内部腔室由第一端、第二端和从所述第一端延伸至所述第二端的至少一个侧壁限定，且
所述第二端面抵靠所述第二端放置；
在不加热所述压力容纳容器或所述传热介质的情况下对所述压力容纳容器和所述传热介质加压；
通过电导线向所述传热介质供应电流；
通过电阻器将所述电流转换成热量，从而提高所述传热介质的温度，其中所述电阻器设置在所述传热介质的所述材料上、并入所述传热介质的所述材料中、或分散在所述传热介质的整个所述材料中；
在所述传热介质的通道内加热所述含烃流；
在所述传热介质的通道内将所述含烃流转化为流出物流；以及
从所述传热介质的通道中去除所述流出物流。
7.根据权利要求6所述的工艺，其中，将所述含烃流转化为所述流出物流包括：提高所述含烃物流的温度，从而引起产生所述流出物流的化学反应。
8.根据权利要求6和7中任一项所述的工艺，还包括：在将所述含烃流引入所述传热介质的通道之前，通过使所述含烃流通过热交换器来预热所述含烃流；在通过使所述流出物流通过急冷交换器而从所述传热介质去除所述流出物流之后从所述流出物流去除热量；或
以上两者。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的工艺，其中，所述传热介质在大于30巴的压力下操作，或在0.5至3巴的压力下操作；或
所述传热介质被加热至大于800℃的温度；或
以上两者。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的工艺，其中，所述流出物流包括氢、烯烃和芳族烃中的至少一种；
所述含烃流包括C1至C10烃；
所述含烃流包括C1至C25烃；或其组合。
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