CN117859037A - 用于加热进料的电动炉以及相关方法 - Google Patents

Abstract

一种电动炉可以包括多个加热管，其被构造为接收进料并加热所述进料。所述多个加热管中的每个加热管可以确定在所述加热管的第一端与所述加热管的第二端之间延伸的纵轴以及在加热所述进料期间供所述进料从中通过的纵向通道。所述电动炉还可以包括：多个电连接件，其将所述多个加热管电连接；和电力源，其电连接到所述多个电连接件并被构造为向所述多个电连接件供应电压。所述电压可以大于或等于20伏。所述电连接件可以将所述加热管串联电连接，和所述炉可以被构造为使所述进料的加工平行进行。

Description

用于加热进料的电动炉以及相关方法

技术领域

本发明涉及用于加热进料的电动炉以及相关方法，并且更具体地，涉及包括加热管的电动炉以及相关方法。

背景技术

燃气炉可以用于生产许多需要的产物。在燃气炉中，燃料燃烧产生热量，以提供用于生产许多普通产物(诸如石油衍生产物)的热量。例如，天然气和轻质气体可以在燃气炉中燃烧，以便为生产石油衍生产物中常用的吸热反应提供热量。烃在燃气炉中燃烧形成二氧化碳，二氧化碳作为烟气的一部分从燃-气炉中排放出来。鉴于目前的环境考虑，此类排放可能是不期望的。由加热产生的许多产物，诸如石油衍生产物(例如乙烯丙烯、丁烯、苯和/或其他类似产物)是主要的化学基元，并且通常可以大量生产，诸如单个生产设施每年可以生产几十万吨或更多。因此，使用燃气炉生产此类产物可能引起不期望的高二氧化碳排放。

在Parsche的美国专利号8,932,435B2(“'435专利”)中描述了改进加工装置及相关方法的尝试。'435专利描述了烃资源加工装置，其包括射频(RF)源和与RF源耦接的RF施加器。根据'435专利，RF施加器包括导电基件以及第一导电伸长件和第二导电伸长件，该第一导电伸长件和第二导电伸长件具有耦接到基件并且以通常平行的间隔开的关系延伸的近端。第一伸长件和第二伸长件具有远端以在其间接收烃资源。根据'435专利，RF源和RF施加器在第一伸长件和第二伸长件的远端之间产生电场，以执行以下中的至少一个：烃资源的加热、脱水、裂解和氢化。

申请人已经认识到'435专利的装置和方法可能仍然需要更高效和/或更环保的用于生产产物的系统和方法。例如，尽管’435专利中描述的装置和方法可能声称提供效率方面的增益，但它们仍然可能比期望的效率低，并且进一步地，可能导致不期望的高二氧化碳排放。

因此，申请人已经认识到需要更高效和/或更环保的用于生产产物(诸如例如石油衍生产物)的系统和方法。本发明可以解决上述缺点中的一个或多个以及其它可能的缺点。

发明内容

本发明总体涉及电动炉以及相关方法，更具体地涉及包括加热管的电动炉以及相关方法。例如，在一些实施方案中，一种电动炉可以包括：加热管，其被设置为接收进料；和电力源，其经由电连接件电连接到加热管。该电力源可以为加热管提供电压，以经由电阻抗使加热管的温度升高到足以使进料被加热的温度。本文公开的用于加热进料的系统和方法的至少一些实施方案可以产生电动炉，该电动炉可以更精确地控制、更高效和/或更环保。

根据一些实施方案，一种电动炉可以包括多个加热管，其被构造为接收进料并加热进料。多个加热管中的每个加热管可以确定在加热管的第一端与加热管的第二端之间的路径，以供进料在加热进料期间通过。电动炉还可以包括：多个电连接件，其将多个加热管电连接；和电力源，其电连接到多个电连接件并被构造为向多个电连接件供应电压。该电压可以大于或等于20伏。

根据一些实施方案，烃加热组件可以包括电动炉，和烃加热组件可以是以下之一：电动裂解炉、蒸汽甲烷重整器或用于脱氢的烃加热器。电动炉可以包括多个加热管，其被构造为接收进料并加热进料。多个加热管中的每个加热管可以确定在加热管的第一端与加热管的第二端之间的路径，以供在加热进料期间进料从中通过。电动炉还可以包括：多个电连接件，其将多个加热管电连接；和电力源，其电连接到多个电连接件并被构造为向多个电连接件供应电压。该电压可以大于或等于20伏。

根据一些实施方案，用于加热物料进料的方法可以包括：向电动炉的一个或多个加热管供应电压以加热该一个或多个加热管。该电压可以大于或等于20伏。该方法还可以包括通过使物料进料通过一个或多个加热管来加热该物料进料。

在本发明中详细讨论了这些示例性实施方案和其它实施方案的另外的其它方面和优点。此外，应当理解，前述信息和以下详细说明书仅提供各个方面和实施方案的说明性示例，并且旨在提供用于理解所要求保护的方面和实施方案的性质和特性的概述或框架。因此，通过参考以下描述和附图，本发明的这些和其它目的以及优点和特征将变得显而易见。此外，应当理解，本文描述的各种实施方案的特征不是相互排斥的，并且可以以各种组合和排列存在。

附图说明

包括在本发明中以提供对本发明的实施方案的进一步理解的附图被并入并构成本说明书的一部分，示出了本发明的实施方案，并且与详细的描述一起用于解释本文讨论的实施方案的原理。不打算以超过基本理解本文所讨论的实施方案及其各种实践方式所必要程度的更详细方式来示出本发明的结构细节。根据惯例，下面讨论的附图的各种特征不一定按比例绘制。可以扩大或缩小附图中的各种特征和元件的尺寸，以更清楚地示出本发明的实施方案。

图1A示意性给出了根据本发明实施方案的示例加热组件。

图1B示意性给出了根据本发明实施方案的另一个示例加热组件。

图2示意性给出了根据本发明实施方案的电动炉的示例管段。

图3是根据本发明实施方案的示例电动炉的一部分的示意性透视图。

图4示意性给出了根据本发明实施方案的示例加热管的示例电连接件。

图5A是根据本发明实施方案的示例加热管的示意性侧剖视图。

图5B是图5A所示的加热管的第一端沿B-B线的示意性端剖视图。

图5C是图5A所示的加热管的第二端沿C-C线的示意性端剖视图。

图6A是根据本发明实施方案的具有示例横截面形状的示例加热管的示意性局部端剖视图。

图6B是根据本发明实施方案的具有另一示例横截面形状的另一示例加热管的示意性局部端剖视图。

图6C是根据本发明实施方案的具有进一步的示例横截面形状的进一步的示例加热管的示意性局部端剖视图。

图7是根据本发明实施方案的通过使物料进料通过电动炉的一个或多个加热管来加热物料进料的示例方法的框图。

图8是电动炉的示意图，给出的管从工艺角度来看是平行的，但从电气角度来看是串联的。

具体实施方式

附图可以在数个视图中使用相同的数字来表示相同的部件。提供了以下描述作为示例性实施方案的可行教导，并且相关领域的技术人员将认识到，可以对所描述的实施方案进行许多改变。同样显而易见的是，可以通过选择实施方案的一些特征而不使用其它特征来获得所描述的实施方案的一些期望的益处。因此，本领域技术人员将认识到，对所描述的实施方案的许多修改和改变是可能的，并且在某些情况下甚至可能是期望的。因此，提供以下描述作为对实施方案原理的说明，而不是对其进行限制。

本文使用的措辞和术语是为了描述目的，而不应被认为是限制性的。如本文所使用的，术语“多个”是指两个或更多个项目或部件。术语“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”和“涉及”，无论是在书面描述还是权利要求中或其它地方，都是开放式术语，即，除非另有说明，否则意指“包括但不限于”。因此，此类术语的使用意指涵盖其后列出的项目及其等同物，以及附加项目。过渡性短语“由......组成”和“基本上由......组成”分别是关于任何权利要求的封闭式或半封闭式过渡性短语。在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等序数术语来修饰权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素相对于另一个权利要求元素的任何优先级、优先序或顺序或者执行方法的动作的时间顺序，而是仅用作标签来区分具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称的另一个元素(序数术语使用除外)以区分权利要求元素。

图1A和图1B是根据本发明实施方案的示例加热组件10。如图1A和1B所示，加热组件10包括用于接收进料14的电动炉12，所述进料可以包括在加热过程期间被加热的任何一种或多种材料，并且电动炉12可以加热进料14以提供经加热产物16，该经加热产物可以包括前体、中间产物和/或最终产物。在一些实施方案中，电动炉12可以是或包括任何用于将固体、流体、气体和/或其组合从第一温度加热到大于第一温度的第二温度的电动加热器或加热装置。在一些实施方案中，电动炉12可以被构造为将电转换成足以产生吸热反应的热量。例如，进料14可以包括烃，并且加热组件10可以是烃加热组件，诸如例如用于生产石油衍生产物(其可以包括前体、中间产物和/或最终产物)的电动裂解炉、蒸汽甲烷重整器、用于脱氢的烃加热器或任何其他过程加热需求，例如，任何能够接受由高压和/或高温提供的热量的应用或过程。设想了用于加热其他类型的材料的其他类型的加热组件。

在一些实施方案中，图1A和图1B所示的加热系统10可以包括在到达电动炉12之前的上游加工18。例如，对于用于裂解烃的加热系统10，上游加工18可以包括例如预热段，在预热段中，烃进料流和稀释蒸汽流可以被供应到预-热管中以用于组合和预热烃进料流和稀释蒸汽流，例如，如本领域技术人员将理解的。例如，烃进料流可以包括石脑油、乙烷和/或其他烃，并且电动炉12可以至少部分地裂解烃进料流以提供经裂解烃，经裂解烃可以包括烯烃、甲烷和裂解过程的其他副-产物，如本领域技术人员将理解的。设想其它类型的上游工艺。

如图1A和图1B所示，一旦进料14的材料已在电动炉12中加热以提供经加热产物16，加热系统10的一些实施方案还可以包括下游加工/收集20。在一些实施方案中，下游加工/收集20可以包括对经加热产物16的附加加工和/或处理。

如图1A和图1B所示，在一些实施方案中，可以经由电力线24从一个或多个电力源22为电动炉12供应电力。电力源22可以包括独立于加热系统10产生的电力和/或在加热系统10的运行期间产生的电力，该电力可以用于减少或消除由独立于加热系统10产生的电力供应的电力。

如图1A和图1B所示，电动炉12可以包括外部炉壳体26，在该外部炉壳体中容纳电动炉段28。例如，如图1A和图1B所示，电动炉12可以包括加热管段30，在加热期间，物料进料14流经该加热管段以输出经加热产物16。如图1A和图1B所示，在一些实施方案中，炉段28可以包括段壳体32，在该段壳体中容纳加热管段30。在一些实施方案中，炉段28可以经由一个或多个端子34由电力线24供应电力。供应给电动炉12的电力可以是交流电(AC)或直流电(DC)。

如图1A和图1B所示，在一些实施方案中，加热系统10可以包括被构造为控制电动炉12的操作的一个或多个炉控制器36，例如，如本领域技术人员将理解的。加热系统10可以还包括多个炉传感器38，诸如例如与炉控制器36通信的电压传感器、电流传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器等，并且炉控制器36可以使用计算机软件和/或硬件程序形式的控制逻辑来做出与控制电动炉12的操作相关联的控制决策。一些实施方案可以包括在炉控制器36上游的变压器，以将电压降至适合按预期操作电动炉12的水平。在一些实施方案中，电力可以例如经由相角控制、交叉开关或其他电压控制方案来控制，如本领域技术人员将理解的。

在一些实施方案中，加热系统10可以包括与管线和/或管道相关联的阀，并且炉控制器36可以至少部分地基于控制决策来传送控制信号以控制供应给电动炉12的电压和/或电流，和/或将控制信号传送到与阀相关联的致动器以控制进料14(例如气体和/或液体)和/或热量的流动，并且可以根据所传送的控制信号操作致动器以操作电动炉12和/或加热系统10的其他部件。在一些示例中，炉控制器36可以由至少部分基于效率考虑和/或排放考虑而至少部分手动控制加热系统10以满足期望的性能参数的人类操作者补充或代替。

在一些实施方案中，如图1A所示，炉段30可以包括输入稳压室40，其被构造为接收进入电动炉12的进料14并将进料14分配给包括多个加热管42的加热管段30。例如，输入稳压室40可以包括单个入口管40a以用于将进料14供应给开口腔40b，该开口腔用于将进料14从入口管40a供应给加热管42中的一个或多个加热管。在一些实施方案中，加热管42可以被构造为接收来自电力源22的电力，以例如经由电阻抗使多个加热管42(例如壁)的温度升高，如本文更详细解释的。进料14可以流动通过加热管段30的加热管42，同时被加热管42的壁加热。在加热管42的端部，加热管段30可以包括输出稳压室44，其与加热管42流动连通并被构造为接收经加热产物16，并且将来自多个加热管42的经加热产物组合成单一流，以经由输出口46离开炉段28。例如，输出稳压室44可以包括开口腔44b，该开口腔用于接收来自一个或多个加热管42的经加热产物16，并将经加热产物16供应到单个出口管44a，该出口管可以将经加热产物16传递到输出口46。在一些实施方案中，多个炉段可以串联布置，例如，以经由多于一个加热管段来加热进料14。

如图1B所示，电动炉12的一些实施方案可以包括集箱(header)而不是稳压室。例如，如图1B所示，电动炉12可以包括输入集箱41，该输入集箱可以包括单个集箱入口管41a和多个入口集箱管41b。集箱入口管41a可以将进料14直接供应给多个入口集箱管41b，该多个入口集箱管将进料14从集箱入口管41a直接供应给加热管42中的一个或多个加热管。在一些实施方案中，入口集箱管41b的数量可以基本上等于给定炉段28的加热管42的数量。电动炉12还可以包括输出集箱45，该输出集箱可以包括多个出口集箱管45b和单个集箱出口管45a。多个集箱出口管45b可以直接从加热管42中的一个或多个加热管接收经加热产物16，并将经加热产物16供应给单个集箱出口管45a，该单个集箱出口管可以将经加热产物16传递至输出口46。在一些实施方案中，出口集箱管45b的数量可以基本上等于给定炉段28的加热管42的数量。可以设想，电动炉12的一些实施方案可以包括稳压室和/或集箱的任何组合。

在一些实施方案中，电动炉12可以包括一个或多个电绝缘体，其被构造为将电动炉12的部件彼此隔离和/或与加热系统10的其他部件电隔离。例如，电动炉12可以包括将炉段28与炉管线电绝缘的第一绝缘环48，和/或将炉段28与用于排放经加热产物16的下游管线和/或串联布置的另一炉段电绝缘的第二绝缘环50。

图2是根据本发明实施方案的示例电动炉12的一部分的示意性局部透视剖视图。在一些实施方案中，炉段28可以包括加热管段30，其包括多个加热管42，如图2所示。例如，加热管42可以容纳在段壳体32中。在一些实施方案中，加热管42可以基本上彼此平行，例如，如图所示。在一些实施方案中，加热管42中的流体流动可以布置为使得加热管42基本上平行。在图2所示的实施方案中，加热管段30包括布置成十排(每排十根加热管42)的一百根加热管42。设想具有不同数量的加热管42和/或不同布置的加热管42的加热管段30。在图2所示的加热管段30的实施方案中，加热管段30被布置为使得加热管42基本上水平。加热管段30的一些实施方案可以具有例如在水平到竖直的范围内的不同取向。

在一些实施方案中，加热管42可以由一种材料或材料的组合形成，使得一旦接收到电力，加热管42的电阻抗便使加热管42的温度升高到足以加热进料14的温度范围，这在一些实施方案中可能引起吸热反应，例如，导致烃蒸气和蒸汽的裂解。在一些实施方案中，加热管42可以由镍铬合金、和/或具有类似性能和特性(诸如类似的电性能(例如电阻性能)、类似的传热性能、类似的耐-腐蚀性能、类似的或高熔点和/或类似的裂解表面性能)的任何材料或材料的组合形成。在一些实施方案中，可以向加热管42供应范围为约20-11,000伏、约60-11,000伏、约100-11,000伏、约200-11,000伏、约500-11,000伏、约1,000-11,000伏、约2,000-11,000伏等的电压，从而经由电阻抗引起加热管42的温度升高到更高的温度。在一些实施方案中，施加到加热管42的电压可以大于或等于60伏、大于或等于100伏、大于或等于400伏、大于或等于1,000伏、大于或等于3,000伏或者大于或等于4,000伏。在一些实施方案中，足以使加热管42达到期望温度的电压可以至少部分地取决于加热管42、通过加热管42中的每个加热的预定电流大小和/或供应给加热管42中的每个加热管的预定电压。在一些实施方案中，电压可使加热管42的温度升高到范围为约100-1,200℃的温度，以升高到大于或等于200℃、大于或等于300℃、大于或等于400℃、大于或等于500℃或者大于或等于600℃的温度。

图3是根据本发明实施方案的电动炉12的示例加热管42的示意性透视图。如图3所示，加热管段30的一些实施方案可以包括将多个加热管42串联电连接的多个电连接件52。例如，如图3所示，进料14可以按照箭头F所示的从左到右的流动方向流入加热管42，并且加热管42可以被布置为使得在加热管42的相应第一端54与加热管42的第二端56之间延伸的加热管42的纵向轴线X基本上平行。

尽管图1A、图1B、图2和图3所示的加热管42的纵向轴线X是直的，但是在一些实施方案中，纵向轴线可以具有其他构造，诸如例如弯曲的和/或弯折的，使得加热管是弯曲的以遵循该轴线。例如，纵向轴线可以是U形的或W形的，并且加热管可以分别是U形的或W形的以遵循纵向轴线。考虑纵向轴线和加热管的其它构造。

在一些实施方案中，加热管42可以串联电连接，使得加热管42的电阻抗导致加热管42的加热以使进料14被加热以提供经加热产物16。在一些实施方案中，加热管42可以被加热到例如足以裂解烃蒸气和蒸汽和/或重整烃的温度。如图3所示，电力源22可以向一个或多个炉控制器36提供电力，以向加热管42提供电力来控制加热管42的温度和/或热量输入以便加热进料14。

如图3所示，加热管段30的一些实施方案可以包括电耦合器58形式的多个电连接件52，其被设置和构造为将相邻的加热管42串联电连接。例如，如图3所示，加热管段30(还参见图2)可以包括彼此相邻布置的多排加热管42，并且电耦合器58可以将两个相邻的加热管42彼此电连接，例如，如图3所示。电导体60a可以将电力源22电连接到通向多个加热管42中的一个加热管的第一端子62a(经由炉控制器36)。在一些实施方案中，第一端子62a可以在一排或其他布置的加热管42的一端处连接到加热管42。在一些实施方案中，第二电导体60b可以将电力源22电连接到通向多个加热管42中的一个加热管的第二端子62b(经由炉控制器36)。在一些实施方案中，第二端子62b可以在一排或其他布置的加热管42的一端处连接到加热管42。在一些实施方案中，加热管段30可以包括彼此例如串联电连接的多层或多排加热管42。在一些实施方案中，多层加热管42中的每一层可以彼此并联(或串联)电连接。设想其它加热管布置和/或电连接件。

如图所示，在一些实施方案中，第一端子62a可以连接到加热管42的第一端54。在一些实施方案中，加热管段30可以包括中间电耦合器，该中间电耦合器被构造为将相邻的加热管42彼此电连接。例如，第一中间电耦合器64可以将两个相邻加热管42的第一端54彼此电连接。第二中间电耦合器66可以将两个相邻加热管42的第二端56彼此电连接。第一中间耦合器64和第二中间耦合器66可以交替地将加热管42彼此电耦合，使得一层加热管42彼此串联电连接，例如，如图3所示。在一些实施方案中，电连接件52可以被构造为将加热管42的第一端54的第一子集彼此电连接并将加热管42的第二端56的第二子集彼此电连接，从而将多个加热管42串联电连接。在一些此类实施方案中，第一子集和第二子集可以交替，例如，如图3所示。

在一些实施方案中，中间电耦合器64和66可以由导电材料形成。在一些实施方案中，中间电耦合器64和66可以经由机械连接(诸如例如螺栓、固定螺钉、焊接和/或粘合剂)固定到相应的加热管42。在一些实施方案中，中间电耦合器64和66可以被构造为固定到相应的加热管42，使得中间电耦合器64和66例如在维护或修理期间可以与加热管42断开连接或分离，使得相邻的加热管42中的一个或多个加热管可以与加热管段30分离，而无需从加热管段30移除其他加热管42。

尽管图1A、图1B、图2和图3示出其中加热管42被布置为物理地彼此平行(例如，纵向轴线的至少部分彼此平行)的实施方案，但一些实施方案可以包括物理地彼此不平行的一个或多个加热管42或者一组或多组加热管42。在一些此类实施方案中，加热管42或加热管42的组仍然可以串联电连接。例如，在一些实施方案中，加热管42中的至少一些加热管(例如所有加热管42)可以串联电连接，而加热管42中的至少一些加热管(例如，所有加热管42)可以就加工进料14而言平行连接，例如，使得进料14的多个部分中的每个部分通过加热管段30的加热管42中的一个加热管而从相应加热管42的入口端到达出口端。尽管在一些实施方案中，加热管42中的至少一些加热管可以就加工进料14而言平行，但加热管42中的至少一些加热管可以相对于彼此物理地不平行，例如，使得加热管42中的至少一些加热管相对于彼此物理地倾斜。在一些实施方案中，第一组加热管42可以彼此物理地平行，例如，纵向轴线的至少部分彼此平行，和一个或多个附加组的加热管42可以彼此物理平行，其中第一组加热管42与一个或多个附加组的加热管42在物理上不平行。在至少一些此类实施方案中，第一组加热管42和一个或多个附加组的加热管42可以就加工进料14而言彼此平行。

图4示意性给出了根据本发明实施方案的示例加热管的示例电连接件42。在图4所示的实施方案中，一个或多个电力源22可以向加热管42中的一个或多个加热管供应电力，例如，如由一个或多个炉控制器36控制的。如图4所示，第一电导体60a可以将炉控制器36电连接到第一端子62a，该第一端子连接到加热管42的第一端54。第二电导体60b可以将一个或多个电力源22电连接到第二端子62b，该第二端子连接到加热管42的第二端56。在图4所示的实施方案中，进料14可以按照箭头F所示从第一端54向第二端56流动通过加热管42。图4所示的实施方案包括电连接的加热管42的示例，使得电阻抗导致加热管42的温度和/或热通量升高，以便加热流动通过加热管42的进料14(例如对于一些烃进料部分或完全裂解)。

图5A是根据本发明实施方案的示例加热管42的示意性侧剖视图，并且图5B和图5C分别是图5A所示的加热管42的第一端54沿B-B线的示意性剖视端视图以及图5A所示的加热管42的第二端56沿C-C线的示意性剖视端视图。在一些实施方案中，加热管42可以被构造为使得加热管段30(图1和图2)的加热管42中的一个或多个加热管的电阻可以在第一端54与第二端56之间变化，从而导致加热管42的热量输入在第一端54与第二端56之间变化。例如，加热管42中的一个或多个加热管可以确定在第一端54与第二端56之间变化的壁厚度、横截面面积、横截面形状和/或表面起伏，从而导致加热管42的热量输入在第一端54与第二端56之间变化。在一些实施方案中，加热管42中的一个或多个加热管可以包括具有在第一端54与第二端56之间变化的导电性能的一种或多种材料(例如由其形成)，从而导致一个或多个加热管42的热量输入在第一端54与第二端56之间变化。

例如，加热管42中的一个或多个加热管可以被构造为使得加热管42的第一端54具有比加热管42的第二端56更大的热量输入。在一些实施方案中，这可能导致加热管42沿其长度更均匀地分布温度。例如，当进料14进入加热管42的第一端时，与在通过加热管42并被加热后离开加热管42的第二端56的经加热产物16的温度相比，进料14在加热管42中被加热之前的温度相对较低。因此，如果输入到加热管42的热量沿其长度在第一端54与第二端56之间相对均匀，加热管42的第二端56的温度将大于第一端54，原因是例如经加热产物16的温度在加热管42的第二端56更高，从而导致加热管42的第二端56的温度高于加热管42的第一端54。

在一些实施方案中，加热管42可以被构造为使得加热管42的第一端54具有比加热管42的第二端56更大的热量输入，这可能导致加热管42的第二端56的温度更接近加热管42的第一端54的温度，并且在一些实施方案中，这可能导致加热管42的温度曲线沿着加热管42的长度更一致。在一些实施方案中，加热管42可以被构造为使得加热管42的第一端54具有比加热管42的第二端56更大的电阻(或更低的电导率)，这可能导致加热管42的第一端54的热量输入比加热管42的第二端56更大。在一些实施方案中，加热管42的电阻可以(例如，在物理尺寸、形状和/或材料含量方面)被构造为使得加热管42的电阻沿着加热管42的长度在第一端54与第二端56之间变化，以提供期望的温度曲线和/或热量输入剖面。例如，在一些实施方案中，温度曲线和/或热量输入剖面可以从第一端54处的第一温度和/或第一热量输入变化并逐渐减少到第二端56处的第二温度和/或第二热量输入。在一些实施方案中，温度曲线和/或热量输入剖面可以从第一端54处的第一温度和/或第一热量输入变化并逐步地减少到第二端56处的第二温度和/或第二热量输入。

在图5A、图5B和图5C所示的实施方案中，加热管42具有从加热管42的第一端54延伸至第二端56的圆形横截面68，但壁厚度T从第一端54至第二端56逐渐增加，例如，如图所示(例如T₁<T₂)。在一些实施方案中，例如，如图所示，内径ID可以是恒定的(例如ID₁＝ID₂)。在一些实施方案中，内径可以增加或减少，而壁厚度可以增加，使得加热管42的电阻从第一端到第二端56减小。

在一些实施方案中，管段30的一个或多个加热管42可以包括如从管段30的端部看以不同的相对布置进行布置的加热管42。在一些实施方案中，加热管42中的一个或多个加热管的内部通道和/或外表面可以具有与加热管42中的一个或多个其他加热管的横截面面积和/或横截面形状相同的横截面面积和/或横截面形状。在一些实施方案中，加热管42中的一个或多个加热管的内部通道和/或外表面可以具有与加热管42中的一个或多个其他加热管的横截面面积和/或横截面形状不同的横截面面积和/或横截面形状。在一些实施方案中，加热管42中的一个或多个加热管的内部通道和/或外表面可以具有横向于纵向轴线X(也称为路径)的横截面形状，该横截面形状是大致圆形的。加热管42不限于圆柱形管和/或圆柱形内部通道。在一些实施方案中，加热管42中的一个或多个加热管的内部通道和/或外表面可以具有横向于纵向轴线X的横截面形状，该横截面形状是大致椭圆形的、卵形的、长圆形的或矩形的(例如，矩形形状的和/或方形形状的)。在一些实施方案中，加热管42中的一个或多个加热管的内部通道和/或外表面可以具有横向于纵向轴线X的横-截面形状，该横截面形状是大致多边形的，诸如例如大致八角形或大致六角形、曲线形和多边形的组合，或任何适合于导管的横-截面形状。横截面形状和/或横截面尺寸可以至少部分地基于例如传热、温度曲线、热量输入剖面和/或效率考虑来定制。

在一些实施方案中，从第一端54到第二端56，加热管42可以具有基本上恒定的横截面形状、基本上恒定的横截面尺寸和/或基本上恒定的表面构造(例如起伏、纹理、包层(例如箔)、涂层(例如油漆)等)。在一些实施方案中，从第一端54到第二端56，加热管42可以具有变化的横截面形状、变化的横截面尺寸和/或变化的表面构造。在一些实施方案中，可以定制横截面形状、横截面尺寸和/或表面构造，以沿着加热管42的长度提供期望的传热、温度曲线、热量输入剖面和/或效率。

在一些实施方案中，可以在加热管42之间的管段30的体积的至少一部分中提供电绝缘和/或隔热。在一些示例中，绝缘可以是气隙、陶瓷绝缘和/或其他形式的热绝缘和/或电绝缘。

图6A、图6B和图6C是示出根据本发明实施方案的具有示例横截面形状和/或表面构造的示例加热管42的示意性局部端剖视图。例如，如图6A所示，加热管42的一些实施方案可以包括在周向上间隔开并且从加热管42的外表面72延伸的多个翅片70。如图6B所示，加热管42的一些实施方案可以包括在周向上间隔开并且从加热管42的内表面76延伸的多个翅片74。一些实施方案可以包括在加热管42的外表面72和内表面76上的翅片。在一些实施方案中，翅片70和/或74可以被构造为在第一端54与第二端56之间改变加热管42的电阻，例如，如本文前面所解释的。例如，翅片70和/或74的数量、长度和/或厚度可以随着加热管42的长度而在加热管42的第一端54与第二端56之间变化。

如图6C所示，加热管42的一些实施方案可以包括表面起伏，其被定制以沿着加热管42的长度提供期望的温度曲线和/或热量输入剖面。例如，如图6C所示，加热管42的一些实施方案可以包括在周向上间隔开并且延伸到加热管42的外表面72中的多个凹槽78。在一些实施方案中，凹槽78可以设置在加热管42的内表面76上或者在外表面72和内表面76两者上。在一些实施方案中，凹槽78可以部分地、间歇地或基本上延伸加热管42的整个长度。在一些实施方案中，凹槽78可以沿着加热管42的长度在第一端54与第二端56之间改变数量、形状、宽度和/或深度。在一些实施方案中，凹槽78的数量、形状、宽度和/或深度可以被构造为在第一端54与第二端56之间改变加热管42的电阻，例如，如本文前面所解释的。

图7是根据本发明实施方案的加热物料进料的示例方法700的框图，其示出为逻辑流程图中的框的集合，表示一系列操作。描述操作的顺序不旨在被解释为限制，并且任何数量的所描述的框可以以任何顺序和/或并行地组合以实现该方法。

图7是根据本发明实施方案的通过使物料进料通过电动炉的一个或多个加热管来加热物料进料的示例方法700的框图。例如，物料进料可以包括但不限于烃，并且物料进料的加热可以是裂解烃的过程的一部分，例如，作为烃裂解过程的一部分、作为产生氢的过程的一部分，例如，作为甲烷重整过程的一部分，或作为脱氢过程的一部分。考虑其它类型的进料和/或加热过程。

在702处，示例方法700可以包括向电动炉的一个或多个加热管供应电压以加热该一个或多个加热管。例如，电压可以大于或等于60伏。在一些实施方案中，电压可以经由串联的电连接件供应给一个或多个加热管。

在704处，示例方法700可以包括向一个或多个加热管供应电压，以使一个或多个加热管的温度升高到大于或等于200℃的温度。

在706处，示例方法700可以包括在一个或多个加热管中产生温度曲线和/或热量输入剖面，该温度曲线和/或热量输入剖面在一个或多个加热管的第一端与一个或多个加热管的第二端之间变化。例如，一个或多个加热管可以被构造为使得一个或多个加热管中的电阻沿着加热管的长度变化，例如如本文前面所述。

在一些实施方案中，向一个或多个加热管供应电压可以包括供应大于或等于100伏、大于或等于400伏、大于或等于1,000伏、大于或等于3,000伏或者大于或等于10,000伏的电压。

在一些实施方案中，使一个或多个加热管的温度升高可以包括使温度升高到大于或等于200℃、大于或等于300℃、大于或等于400℃、大于或等于500℃、大于或等于600℃或者大于或等于700℃的温度。

在708处，示例方法700可以包括通过使物料进料通过一个或多个加热管来加热物料进料。在一些实施方案中，可以将加热管中的一个或多个加热管布置为提供相对于彼此平行的相应流动路径，例如如本文前面所述。

图8是电动炉的示意图，其示出了从工艺角度来看，管和/或通过所述管的工艺流动基本平行，但从电气角度来看是串联的。

现在已经描述了本发明的一些说明性实施方案，对于本领域技术人员显而易见的是，前述内容仅仅是说明性的而非限制性的，仅以示例的方式呈现。许多修改和其它实施方案在本领域普通技术人员的范围内，并且被认为落入本发明的范围内。特别地，尽管本文呈现的许多示例涉及方法动作或系统元件的特定组合，但是应当理解，这些动作和元件可以以其它方式组合以实现相同的目的。本领域技术人员应当理解，本文描述的参数和构造是示例性的，并且实际参数和/或构造将取决于使用本发明的系统和技术的具体应用。仅使用常规实验，本领域技术人员还应认识到或能够确定本发明的具体实施方案的等同实施方案。因此，应当理解，本文描述的实施方案仅作为示例呈现，并且在任何所附权利要求及其等同物的范围内，本发明的实施方案可以以不同于具体描述的方式实践。

此外，本发明的范围应被解释为覆盖上述实施方案的各种修改、组合、添加、变更等，这些修改、组合、添加、变更等应被视为在本发明的范围内。因此，如本文所讨论的各种特征和特性可以选择性地互换并且应用于其它示出和未示出的实施方案，并且在不脱离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以进一步对其进行许多变化、修改和添加。

Claims (15)

1.一种电动炉，包括：

多个加热管，所述多个加热管被构造为接收进料并加热所述进料，所述多个加热管中的每个加热管确定在所述加热管的第一端与所述加热管的第二端之间的路径以供在加热所述进料期间所述进料从中通过，其中在所述多个加热管中的流体流动基本平行；

多个电连接件，所述多个电连接件将所述多个加热管电连接，其中所述多个电连接件将所述多个加热管串联电连接；和

电力源，所述电力源电连接到所述多个电连接件并被构造为向所述多个电连接件供应电压，所述电压大于或等于100伏。

2.根据权利要求1所述的电动炉，其中所述电压大于或等于400伏、大于或等于1,000伏、大于或等于3,000伏或者大于或等于10,000伏。

3.根据权利要求1或2任一项所述的电动炉，其中所述电压使所述多个加热管的温度升高到大于或等于200℃、大于或等于300℃、大于或等于400℃、大于或等于500℃、大于或等于600℃或者大于或等于700℃的温度。

4.根据前述权利要求任一项所述的电动炉，其中所述多个加热管中的一个或多个加热管的电阻在所述第一端与所述第二端之间变化，从而使所述多个加热管的热量输入在所述第一端与所述第二端之间变化。

5.根据前述权利要求任一项所述的电动炉，其中所述多个加热管中的一个或多个加热管确定壁厚度、横截面面积、横截面形状或表面起伏中的一个或多个，所述壁厚度、横截面面积、横截面形状或表面起伏在所述第一端与所述第二端之间变化，从而使所述一个或多个加热管的电阻在所述第一端与所述第二端之间变化，使得所述一个或多个加热管的热量输入在所述第一端与所述第二端之间变化。

6.根据前述权利要求任一项所述的电动炉，其中所述多个加热管中的一个或多个加热管包括一种或多种材料，所述一种或多种材料具有在所述第一端与所述第二端之间变化的导电性能，从而使所述一个或多个加热管的热量输入在所述第一端与所述第二端之间变化。

7.根据前述权利要求任一项所述的电动炉，其中所述电动炉是蒸汽裂解炉。

8.根据前述权利要求任一项所述的电动炉，其中所述电动炉是蒸汽甲烷重整器。

9.根据前述权利要求任一项所述的电动炉，其中所述电动炉是用于脱氢的烃加热器。

10.根据前述权利要求任一项所述的电动炉，还包括进料预处理组件，所述进料预处理组件被构造为处理烃进料流以提供处理后进料流。

11.一种用于加热物料进料的方法，所述方法包括：

向电动炉的两个或更多个加热管供应电压以加热所述两个或更多个加热管，所述电压大于或等于100伏，其中所述两个或更多个加热管中的流体流动基本平行，和其中所述两个或更多个加热管之间的多个电连接件将所述两个或更多个加热管串联电连接；和

通过使进料通过所述两个或更多个加热管来加热所述进料。

12.根据权利要求11所述的方法，其中向所述两个或更多个加热管供应电压包括供应大于或等于400伏、大于或等于1,000伏、大于或等于3,000伏或者大于或等于10,000伏的电压。

13.根据权利要求11或12任一项所述的方法，其中向所述两个或更多个加热管供应电压使所述两个或更多个加热管的温度升高到大于或等于200℃、大于或等于300℃、大于或等于400℃、大于或等于500℃、大于或等于600℃或者大于或等于700℃的温度。

14.根据权利要求11-13任一项所述的方法，其中向所述两个或更多个加热管供应电压在所述两个或更多个加热管中产生温度曲线和/或热量输入，所述温度曲线和/或热量输入在所述两个或更多个加热管的第一端与所述两个或更多个加热管的第二端之间变化。

15.根据权利要求12-15任一项所述的方法，其中所述进料是烃进料。