EP4104643A1 - Einrichtung und verfahren zum erhitzen eines fluides in einer rohrleitung mit einphasigem wechselstrom - Google Patents

Einrichtung und verfahren zum erhitzen eines fluides in einer rohrleitung mit einphasigem wechselstrom

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EP4104643A1
EP4104643A1 EP21704552.5A EP21704552A EP4104643A1 EP 4104643 A1 EP4104643 A1 EP 4104643A1 EP 21704552 A EP21704552 A EP 21704552A EP 4104643 A1 EP4104643 A1 EP 4104643A1
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EP
European Patent Office
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pipeline
fluid
phase
segment
alternating current
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EP21704552.5A
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EP4104643C0 (de
EP4104643B1 (de
Inventor
Andrey Shustov
Eric Jenne
Kiara Aenne KOCHENDOERFER
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BASF SE
Linde GmbH
Original Assignee
BASF SE
Linde GmbH
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Publication date
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Publication of EP4104643B1 publication Critical patent/EP4104643B1/de
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    • H05B2214/03—Heating of hydrocarbons

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for heating a fluid in a pipeline.
  • WO 2015/197181 A1 describes a device for heating a fluid with at least one electrically conductive pipe for receiving the fluid, and at least one voltage source connected to the at least one pipe.
  • the at least one voltage source is designed to generate an electrical alternating current in the at least one pipeline which heats the at least one pipeline for heating the fluid.
  • FR 2722359 A1 describes that a liquid flows through a uniform central bore of a channel, the wall thickness of which increases uniformly axially.
  • a source of electrical energy is connected between the ends.
  • the resistance heating per unit length decreases with increasing thickness, the required energy distribution being achieved by selecting suitable dimensions.
  • WO 2013/143435 A1 describes an electrical high-frequency heating material pipe, consisting of a pipe body made of conductive material, which fits together with at least one group of Schuvor directions.
  • the heating devices are arranged on the material pipe body and externally connected to a high frequency AC power supply.
  • the heating device comprises at least two conductive components.
  • the two conductive components are each provided with a conductive ring.
  • the conductive rings are each pushed onto the material tube body and arranged separately on the left and right side.
  • the two conductive rings are each connected with a conductive wire and the other ends of the two conductive wires are each connected to the different electrodes of the high-frequency AC power supply to conduct and collect the high-frequency current to the surface of the material pipe body, so that the high-frequency Alternating current flows on the upper surface of the material pipe body and the temperature rises rapidly to heat the surface of the material pipe body due to the presence of an impedance.
  • an undersea direct electrical heating energy supply system for providing electrical energy for heating an undersea pipeline section.
  • the system comprises input means suitable for coupling the direct electrical heating energy supply system to an energy supply, and a submarine drive with variable Speed of receiving electrical energy from the input means and providing an AC output.
  • the object of the present invention to provide a device and a method for heating a fluid which at least largely avoid the disadvantages of known devices and methods.
  • the device and the method should be technically easy to implement and carry out and also be economical.
  • the device and the method should be applicable to the heating of fluids which cause insulation reduction, for example coking in cracking furnaces.
  • the terms “have”, “have”, “comprise” or “include” or any grammatical deviations therefrom are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can relate both to situations in which, in addition to the feature introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present.
  • the expression “A has B”, “A has B,” “A includes B” or “A includes B” can refer to the situation in which, apart from B, no further element is present in A (ie on a situation in which A consists exclusively of B), as well as on the situation in which, in addition to B, one or more further elements are present in A, for example element C, elements C and D or even further elements .
  • a device for heating a fluid is proposed.
  • a “fluid” is understood to mean a gaseous and / or liquid medium.
  • the fluid can be selected, for example, from the group consisting of: water, water vapor, a combustion air, a hydrocarbon mixture, a hydrocarbon to be split.
  • the fluid can be a hydrocarbon to be thermally cracked, in particular a mixture of hydrocarbons to be thermally cracked.
  • the fluid can be water or water vapor and additionally have a hydrocarbon to be thermally cleaved, in particular a mixture of hydrocarbons to be cleaved thermally.
  • the fluid can, for example, be a preheated mixture of hydrocarbons to be thermally split and water vapor. Other fluids are also conceivable.
  • Heating a fluid can be understood to mean a process which leads to a change in a temperature of the fluid, in particular to an increase in the temperature of the fluid, for example to a heating of the fluid.
  • the fluid can be heated, for example, by heating up to a predetermined or predetermined temperature value.
  • the fluid can be heated to a temperature in the range from 200 ° C to 1200 ° C.
  • the temperature range can depend on an application.
  • the fluid can be heated to a temperature in the range from 550 ° C to 1100 ° C.
  • the fluid can be heated to a temperature in the range from 200.degree. C. to 800.degree. C., preferably from 400.degree. C. to 700.degree.
  • the facility can be part of a system.
  • the plant can be selected from the group consisting of: a steameracker, a steam reformer, a device for alkane dehydration, a device for dry reforming.
  • the system can be set up to carry out at least one method selected from the group consisting of: steam cracking, steam reforming, alkane dehydrogenation, dry reforming.
  • the device can, for example, be part of a steam raker.
  • Steam cracking can be understood to mean a process in which long-chain hydrocarbons, for example naphtha, propane, butane and ethane, as well as gas oil and hydrowax, are converted into short-chain hydrocarbons in the presence of steam by thermal cracking.
  • the steameracker can be set up to heat the fluid to a temperature in the range from 550 ° C to 1100 ° C.
  • the device can be part of a reformer furnace.
  • Steam reforming can be understood to mean a process for the production of hydrogen and carbon oxides from water and carbon-containing energy carriers, in particular hydrocarbons such as natural gas, light gasoline, methanol, biogas or biomass.
  • the fluid can be heated to a temperature in the range from 200.degree. C. to 800.degree. C., preferably from 400.degree. C. to 700.degree.
  • the device can be part of a device for alkane dehydrogenation.
  • An “alkane dehydrogenation” can be understood as a process for the production of alkenes by dehydrogenation of alkanes, for example dehydrogenation of butane to butenes (BDH) or dehydrogenation of propane to propene (PDH).
  • BDH butane to butenes
  • PDH propane to propene
  • the device for alkane dehydrogenation can be directed to heating the fluid to a temperature in the range from 400.degree. C. to 700.degree.
  • the device comprises: at least one electrically conductive pipeline and / or at least one electrically conductive pipeline segment for receiving the fluid, and at least one single-phase alternating current and / or at least one single-phase alternating voltage source, each pipeline and / or each pipeline segment having a single phase Alternating current and / or a single-phase alternating voltage source is assigned, which is connected to the respective pipeline and / or to the respective pipeline segment, the respective single-phase alternating current and / or single-phase alternating voltage source being designed to generate an electric current in the respective pipeline and / o to be generated in the respective pipeline segment, which heats the respective pipeline and / or the respective pipeline segment by Joule heat, which arises when the electric current passes through conductive pipe material, for heating the fluid, the single-phase e AC current and / or the single-phase AC voltage source is electrically connected to the pipeline and / or the pipeline segment in such a way that the generated alternating current flows into the pipeline and / or the pipeline segment via an outgoing conductor and to the
  • a pipeline can be understood to mean any shaped device which is set up to receive the fluid and to transport it.
  • a pipeline segment can be understood to mean a partial area of a pipeline become.
  • the pipeline can have at least one symmetrical and / or at least one asymmetrical pipe.
  • the geometry and / or surfaces and / or material of the pipeline can depend on a fluid to be transported.
  • An “electrically conductive pipeline” can be understood to mean that the pipeline, in particular the material of the pipeline, is set up to conduct electrical current.
  • the fluid can flow through the respective pipelines and / or pipeline segments of the device and be heated in them by heating the pipelines and / or pipeline segments by an alternating current impressed in these pipelines and / or pipeline segments from the alternating current and / or alternating voltage sources, so that Joule heat is generated in the pipelines and / or pipeline segments, which is transferred to the fluid so that it is heated when it flows through the pipelines and / or pipeline segments.
  • the pipeline can be designed as a reaction tube of a reformer furnace.
  • the pipeline device can be set up as a reaction tube of at least one system selected from the group consisting of: a steameracker, a steam reformer, a device for alkane dehydration, a device for dry reforming.
  • the device can have a plurality of pipes and / or pipe segments.
  • the device can have L pipelines and / or pipeline segments, L being a natural number greater than or equal to two.
  • the device can have at least two, three, four, five or even more pipes and / or pipe segments.
  • the device can, for example, have up to a hundred pipelines and / or pipeline segments.
  • the pipelines and / or pipeline segments can be configured identically or differently.
  • the pipes and / or pipe segments can have symmetrical and / or asymmetrical pipes and / or combinations thereof.
  • the device can have pipelines and / or pipeline segments of an identical pipe type.
  • Asymmetrical tubes” and “combinations of symmetrical and asymmetrical tubes” can be understood to mean that the device can have any combination of tube types which, for example, can also be connected in parallel or in series.
  • a “pipe type” can be understood as a category or type of pipe and / or pipe segment characterized by certain features.
  • the pipe type can be characterized by at least one feature selected from the group consisting of: a horizontal configuration of the pipe and / or the pipe segment; a vertical configuration of the pipeline and / or the pipeline segment; a length in the inlet (L1) and / or outlet (L2) and / or transition (L3); a diameter in the inlet (d1) and outlet (d2) and / or transition (d3); Number n of passports; Length per pass; Diameter per pass; Geometry; Surface; and material.
  • the device can alswei sen a combination of at least two different tube types, which are connected in parallel and / or in series.
  • the device can have pipelines and / or pipeline segments of different lengths in the inlet (L1) and / or outlet (L2) and / or transition (L3).
  • the device can have pipelines and / or pipeline segments with an asymmetry of the diameter in the inlet (d1) and / or outlet (d2) and / or transition (d3).
  • the device can have pipelines and / or pipeline segments with a different number of passes.
  • the device can have pipelines and / or pipeline segments with passes with different lengths per pass and / or different diameters per pass. In principle, any number of parallel and / or series of all tube types are conceivable.
  • the device can have a plurality of feed inlets and / or feed outlets and / or production streams.
  • “Feed” can be understood to mean a material flow which is fed to the device.
  • the pipelines and / or pipeline segments of different or identical pipe types can be arranged in parallel and / or in series with a plurality of feed inlets and / or feed outlets.
  • Pipes and / or pipe segments can be in various pipe types in the form of a construction kit and can be selected and combined as required depending on a purpose. By using pipes and / or pipe segments of different pipe types, a more precise temperature control and / or an adaptation of the reaction with fluctuating feed and / or a selective yield of the reaction and / or an optimized process technology can be made possible.
  • the pipelines and / or pipeline segments can have identical or different geometries and / or surfaces and / or materials.
  • the pipelines and / or pipeline segments can be connected through and thus form a pipe system for receiving the fluid.
  • a “pipe system” can be understood to mean a device made up of at least two, in particular interconnected, pipes and / or pipe segments.
  • the pipe system can have inlet and outlet pipes.
  • the pipe system can have at least one inlet for receiving the fluid.
  • the pipe system can have at least one outlet for discharging the fluid.
  • Connected through can be understood to mean that the pipelines and / or pipeline segments are in a fluid connection with one another.
  • the pipelines and / or pipeline segments can be arranged and connected in such a way that the fluid flows through the pipelines and / or pipeline segments one after the other.
  • the pipelines and / or pipeline segments can be connected in parallel to one another in such a way that the fluid can flow through at least two pipelines and / or pipeline segments in parallel.
  • the pipelines and / or pipeline segments, in particular the pipelines and / or pipeline segments connected in parallel, can be set up to transport different fluids in parallel.
  • the pipelines and / or pipeline segments connected in parallel can have mutually different geometries and / or surfaces and / or materials.
  • several or all of the pipelines and / or pipeline segments can be configured in parallel, so that the fluid can be divided between those pipelines configured in parallel. Combinations of a serial and parallel circuit are also conceivable.
  • the pipelines and / or pipeline segments and the corresponding incoming and outgoing pipelines can be connected to one another in a fluid-conducting manner, the pipelines and / or the pipeline segments and the incoming and outgoing pipelines being able to be galvanically separated from one another.
  • “Galvanically separated from one another” can be understood to mean that the pipes and / or pipe segments and the incoming and outgoing pipes are separated from one another in such a way that no electrical line and / or a tolerable electrical line between the pipes and / or pipe segments and the to - and discharge pipelines.
  • the device can have at least one insulator, in particular a plurality of insulators.
  • the galvanic separation between the respective pipelines and / or pipeline segments and the incoming and outgoing pipelines can be guaranteed by the insulators.
  • the isolators can ensure a free flow of the fluid.
  • the device can have at least one forward conductor and at least one return conductor.
  • the forward conductor and the return conductor for the respective galvanically separated pipelines and / or pipeline segments can be connected to an alternating current and / or alternating voltage source.
  • An alternating current and / or alternating current source, at least one forward conductor and at least one return conductor can therefore be provided for the respective galvanically separated pipelines and / or pipeline segments.
  • An “alternating current source” can be understood to mean a current source which is set up to provide an alternating current.
  • An “alternating current” can be understood as an electrical current whose polarity changes in regular repetition.
  • the alternating current can be a sinusoidal alternating current.
  • a “single-phase” alternating current source can be understood to mean an alternating current source which provides an electrical current with a single phase.
  • the device can be designed to act on the pipeline and / or the pipeline segment with the alternating current and / or to provide the alternating current for the pipeline and / or for the pipeline segment.
  • the device can have an outward conductor, which is set up to conduct the generated alternating current to a further element, in particular the pipeline and / or the pipe segment, in such a way that the generated alternating current flows via the outward conductor into the pipeline and / or the pipeline segment flows in.
  • An “outgoing conductor” can be understood to mean any electrical conductor, in particular a feeder, the word part “towards” indicating a direction of flow from the alternating current source or alternating voltage source to that of the pipeline and / or the pipeline segment.
  • An “AC voltage source” can be understood to mean a voltage source which is set up to provide an AC voltage.
  • An “alternating voltage” can be understood as a voltage whose level and polarity are repeated regularly over time.
  • the alternating voltage can be a sinusoidal alternating voltage.
  • the voltage generated by the AC voltage source causes a current flow, in particular a flowing of an alternating current.
  • a “single-phase” AC voltage source can be understood to mean an AC voltage source which provides the alternating current with a single phase.
  • the alternating current source and / or the alternating voltage source are set up to generate an alternating current in the respective pipeline and / or the respective pipeline segment created by conduction pipe material, heat to heat the fluid.
  • Heating the pipeline and / or the pipeline segment can be understood to mean a process which leads to a change in the temperature of the pipeline and / or the pipeline segment, in particular an increase in the temperature of the pipeline and / or the pipeline segment.
  • the alternating current and / or alternating voltage source is electrically conductively connected to the pipeline and / or the pipeline segment in such a way that the alternating current generated flows into the pipeline and / or the pipeline segment via the conductor and flows back to the alternating current and / or alternating voltage source via a return conductor .
  • the device can have at least one return conductor.
  • a “return conductor” can in principle be understood to mean any electrical conductor which is set up to divert the alternating current away from the pipeline and / or the pipeline segment after flowing through it, in particular to the alternating current source or alternating voltage source.
  • the word part “return” here indicates a direction of flow from the pipeline and / or the pipeline segment to the alternating current source or alternating voltage source.
  • the device may have a plurality of single-phase alternating current or single-phase alternating voltage sources.
  • Each of the pipelines and / or for each pipeline segment can be assigned an alternating current and / or alternating voltage source, which is connected to the respective pipeline and / or to the respective pipeline segment, in particular electrically via at least one electrical connection. Furthermore, embodiments are conceivable in which at least two pipelines and / or share an alternating current and / or alternating voltage source for each pipeline segment.
  • the device can have 2 to N forward conductors and 2 to N return conductors, where N is a natural number greater than or equal to three.
  • the respective single-phase alternating current and / or alternating voltage source can be set up to generate an electrical current in the respective pipeline and / or in the respective pipeline segment.
  • the alternating current and / or alternating voltage sources can either be regulated or unregulated.
  • the alternating current and / or alternating voltage sources can be configured with or without the possibility of regulating at least one electrical output variable.
  • An “output variable” can be understood to mean a current and / or a voltage value and / or a current and / or a voltage signal.
  • the device can have 2 to M different AC and / or AC voltage sources, where M is a natural number greater than or equal to three.
  • the alternating current and / or alternating voltage sources can be electrically controllable independently of one another. For example, a different stream can be generated in the respective pipelines and different temperatures in the pipelines can be achieved.
  • the device can have at least one heating wire, which can be wound around the pipeline and / or the pipeline segment, for example.
  • the alternating current and / or alternating voltage source can be connected to the heating wire.
  • the alternating current and / or alternating voltage source can be set up to generate a current in the heating wire and thus to generate heat.
  • the heating wire can be set up to heat the pipeline and / or the pipeline segment, in particular to heat it.
  • a method for heating a fluid is proposed within the scope of the present invention.
  • a device according to the invention is used in the method.
  • the procedure consists of the following steps:
  • each pipeline and / or each pipeline segment being assigned a single-phase alternating current and / or a single-phase alternating voltage source, which is associated with the respective pipeline and / or with the respective pipeline segment connected is,
  • the method steps can be carried out in the specified order, with one or more of the steps also being able to be carried out at least partially simultaneously and with one or more of the steps being able to be repeated a number of times. Furthermore, further steps can additionally be carried out regardless of whether they are mentioned in the present application or not.
  • the fluid can flow through the respective pipelines and / or pipeline segments of the device and be heated therein by heating the pipelines by an alternating current impressed into these pipelines and / or pipeline segments from the single-phase alternating current and / or the single-phase alternating voltage source, see above that in the pipelines and / or pipeline segments Joule heat is generated, which is transferred to the fluid so that it is heated as it flows through the pipelines and / or pipeline segments.
  • a hydrocarbon to be thermally cleaved in particular a mixture of hydrocarbons to be thermally cleaved, can be heated as the fluid.
  • water or water vapor can be heated as the fluid, with that water or that water vapor being heated in particular to a temperature in the range from 550 ° C to 700 ° C, and the fluid also a thermally split hydrocarbon, in particular a mixture of thermal to splitting hydrocarbons, in particular contains.
  • the fluid to be heated can be a preheated mixture of hydrocarbons to be thermally split and water vapor.
  • combustion air of a reformer furnace can be preheated or heated up as the fluid, for example to a temperature in the range from 200.degree. C. to 800.degree. C., preferably 400.degree. C. to 700.degree.
  • the pipeline can be designed as a reaction tube of a reformer furnace.
  • the device according to the invention and the method according to the invention have numerous advantages over known devices and methods.
  • the device according to the invention and the method according to the invention allow control of the temperature control, control of the current or voltage, optimization of the yield, any implementation of a reactor design and any combination of reactors.
  • Embodiment 1 Comprising a device for heating a fluid - At least one electrically conductive pipeline and / or at least one electrically conductive pipeline segment for receiving the fluid, and
  • each pipeline and / or each pipeline segment being assigned a single-phase alternating current and / or a single-phase alternating voltage source, which is associated with the respective pipeline and / or with the respective pipeline segment is connected, wherein the respective single-phase AC and / or a phase AC voltage source is designed to generate an electrical current in the respective pipeline and / or in the respective pipeline segment, which the respective pipeline and / or the respective pipeline segment by Joule cal heat, which arises when the electrical current passes through conductive pipe material, is heated to heat the fluid, the single-phase alternating current and / or single-phase alternating voltage source being connected to the pipeline and / or the pipeline segment in an electrically conductive manner in such a way that the ore ugte alternating current flows into the pipeline and / or the pipeline segment via a forward conductor and flows back to the alternating current and / or alternating voltage source via a return conductor.
  • Embodiment 2 Device according to the previous embodiment, characterized in that the device has a plurality of pipes and / or pipe segments, the pipes and / or pipe segments being connected through and thus forming a pipe system for receiving the fluid.
  • Embodiment 3 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the device L has pipelines and / or pipeline segments, where L is a natural number greater than or equal to two, the pipelines and / o the pipeline segments being symmetrical or asymmetrical pipes and / or a combination thereof.
  • Embodiment 4 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the pipelines and / or pipeline segments and corresponding incoming and outgoing pipelines are connected to one another in a fluid-conducting manner, the pipelines and / or pipeline segments and the incoming and outgoing pipelines being galvanically separated from one another are.
  • Embodiment 5 Device according to the preceding embodiment, characterized in that the device has insulators which are set up for galvanic separation between the respective pipelines and / or pipeline segments and the incoming and outgoing pipelines, the insulators being set up to provide a free Ensure through flow of the fluid.
  • Embodiment 6 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that several or all of the pipelines and / or pipeline segments are configured in series and / or in parallel.
  • Embodiment 7 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the device has a plurality of single-phase alternating current or one phase alternating voltage sources, the single-phase alternating current or one phase alternating voltage sources being designed with or without the possibility of regulating at least one electrical output variable.
  • Embodiment 8 Device according to the preceding embodiment, characterized in that the device for connecting the single-phase AC or single-phase AC voltage sources and the respective pipelines and / or with the respective pipeline segments has 2 to N outgoing conductors and 2 to N return conductors, where N is a natural number greater than or equal to three.
  • Embodiment 9 Device according to one of the two preceding embodiments, characterized in that the respective single-phase alternating current or single-phase alternating voltage sources are configured identically or differently.
  • Embodiment 10 Device according to the preceding embodiment, characterized in that the device 2 to M has different single-phase alternating current and / or one phase alternating voltage sources, where M is a natural number greater than or equal to three, the single-phase alternating current and / or single-phase AC voltage sources can be electrically regulated independently of one another.
  • Embodiment 11 Plant comprising at least one device according to one of the preceding embodiments.
  • Embodiment 12 Plant according to the previous embodiment characterized in that the plant is selected from the group consisting of: a steameracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a device for dry reforming.
  • Embodiment 13 A method for heating a fluid using a device according to one of the preceding embodiments relating to a device, the method comprising the following steps:
  • Embodiment 14 The method according to the preceding embodiment, characterized in that a hydrocarbon to be thermally cleaved, in particular a mixture of hydrocarbons to be thermally cleaved, is heated as the fluid.
  • Embodiment 15 Method according to one of the preceding embodiments relating to a method, characterized in that water or water vapor is heated as the fluid, with that water or that water vapor being heated in particular to a temperature in the range from 550 ° C to 700 ° C, and the fluid additionally has a hydrocarbon to be thermally cracked, in particular a mixture of hydrocarbons to be thermally cracked, wherein the fluid to be heated is a preheated mixture of hydrocarbons to be thermally cracked and water vapor.
  • Embodiment 16 Method according to one of the preceding embodiments relating to a method, characterized in that combustion air of a reformer furnace is preheated as the fluid, for example to a temperature in the range from 200 ° C to 800 ° C, preferably 400 ° C to 700 ° C .
  • FIGS. 1a to 1c are schematic representations of exemplary embodiments of a device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of the device according to the invention
  • FIGS. 3a and 3b show schematic representations of further exemplary embodiments of the device according to the invention
  • FIGS. 4a to 4c are schematic representations of exemplary embodiments of a device according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of the device according to the invention
  • FIGS. 6a and 6f are schematic representations of further exemplary embodiments of the device according to the invention.
  • FIGS. 7Ai to Cvi show a schematic representation of pipe types
  • Figures 8a to y a kit with pipe types andclasssbei according to the invention games of combinations of pipes and / or Rohr effetsseg elements.
  • FIGS. 1a to 1c each show a schematic representation of an exemplary embodiment of a device 110 according to the invention for heating a fluid.
  • the device 110 comprises at least one electrically conductive pipe 112 and / or at least one electrically conductive pipe segment 114 for receiving the fluid.
  • the fluid can be a gaseous and / or liquid medium.
  • the fluid can for example be selected from the group consisting of: water, water vapor, a combustion air, a hydrocarbon mixture, a hydrocarbon to be split.
  • the fluid can be a thermally split hydrocarbon, in particular a thermally split mixture of hydrocarbons.
  • the fluid can be water or water vapor and can additionally have a hydrocarbon to be thermally broken, in particular a mixture of hydrocarbons to be broken down thermally.
  • the fluid can be, for example, a preheated mixture of hydrocarbons to be thermally split and water vapor.
  • Other fluids are also conceivable.
  • the device 110 can be set up to heat the fluid, in particular to bring about an increase in the temperature of the fluid.
  • the fluid can be heated, for example, by heating up to a predetermined or predetermined temperature value.
  • the fluid can be heated to a temperature in the range from 400 ° C to 1200 ° C.
  • the device 110 can be part of a system.
  • the plant can be selected from the group consisting of: a steameracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a device for dry reforming.
  • the device 110 can be set up to carry out at least one method selected from the group consisting of: steam cracking, steam reforming, alkane dehydration, dry reforming.
  • the device 110 can, for example, be part of a steam raker.
  • the steameracker can be set up to heat the fluid to a temperature in the range from 550 ° C to 1100 ° C.
  • the device 110 can be part of a reformer furnace.
  • the fluid can be combustion air of a reformer furnace, which is preheated or heated, for example to a temperature in the range from 200.degree. C. to 800.degree. C., preferably from 400.degree. C. to 700.degree.
  • the device 110 can be part of a device for alkane dehydrogenation.
  • the device for alkane dehydrogenation can be set up to heat the fluid to a temperature in the range from 400.degree. C. to 700.degree.
  • other temperatures and temperature ranges are also conceivable.
  • the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114 can be configured to receive and transport the fluid.
  • the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114 can comprise at least one leg or a turn.
  • the pipeline 112 can have at least one symmetrical and / or at least one asymmetrical tube.
  • FIG. 1c shows an embodiment with three symmetrical pipeline 112 and / or pipeline segments 114.
  • the geometry and / or surfaces and / or material of the pipeline 112 can depend on a fluid to be transported.
  • the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114 can be configured to conduct electrical current.
  • the pipeline 112 can be designed as a reaction tube of a reformer furnace.
  • FIG. 1 a shows an exemplary embodiment in which the device has a pipeline 112.
  • the device 110 can have a plurality of pipelines 112 and / or pipeline segments 114, for example two as shown in FIG. 1b or three as shown in FIG. 1c.
  • the device 110 can have L pipelines 112 and / or pipeline segments 114, L being a natural number greater than or equal to two.
  • the device 110 can have at least two, three, four, five or even more pipes 112 and / or pipe segments 114.
  • the device 110 can have, for example, up to a hundred pipelines 112 and / o the pipeline segments 114.
  • the pipelines 112 and / or Rohr einsseg elements 114 can be configured identically or differently.
  • the pipes 112 and / or pipe segments 114 can be connected through and thus form a pipe system 118 for receiving the fluid.
  • the pipe system 118 can have inlet and outlet pipes 112.
  • the pipe system 18 can have at least one inlet 120 for receiving the fluid.
  • the pipe system 118 can have at least one outlet 122 for discharging the fluid exhibit.
  • FIG. 1 shows an embodiment in which the pipelines 112 and / or pipeline segments 114 are arranged and connected in such a way that the fluid flows through the pipelines 112 and / or pipeline segments 114 one after the other.
  • the pipes 112 and / or pipe segments 114 and the corresponding supply and discharge pipes can be connected to one another in a fluid-conducting manner, wherein the pipes 112 and / or pipe segments 114 and the supply and discharge pipes can be galvanically separated from one another.
  • the device 110 can have at least one galvanic isolation, in particular at least one insulator 124, in particular a plurality of insulators 124.
  • the galvanic separation between the respective pipelines 112 and / or pipeline segments 114 and the incoming and outgoing pipelines can be ensured by the insulators 124.
  • the isolators 124 can ensure free flow of the fluid.
  • the device 110 has at least one single-phase alternating current and / or at least one single-phase alternating voltage source 126.
  • the alternating current can be a sinusoidal alternating current.
  • the single-phase alternating current and / or at least one single-phase alternating voltage source 126 can be set up to provide an electrical current with a single phase.
  • the device 110 has a conductor 128.
  • the outgoing conductor 128 can be configured to conduct the generated alternating current to the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114.
  • the outgoing conductor 128 can be configured to act on the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114 with the alternating current and / or to provide the alternating current for the pipeline 112 and / or for the pipeline segment 114.
  • the outgoing conductor 128 can be set up to conduct the generated alternating current to the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114 in such a way that the generated alternating current flows into the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114 via the outgoing conductor 128.
  • the forward conductor 128 can be a feed conductor.
  • the alternating current source and / or the alternating voltage source 126 are set up to generate an alternating current in the respective pipeline 112 and / or the respective pipeline segment 114.
  • the alternating current generated can heat the respective pipeline 112 and / or the respective pipeline segment 114 by Joule heat, which arises when the electrical current passes through conductive pipe material, to heat the fluid.
  • the heating of the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114 can include a change in a temperature of the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114, in particular an increase in the temperature of the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114.
  • the alternating current and / or alternating voltage source 126 is electrically connected to the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114 in such a way that the alternating current generated flows into the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114 via the outgoing conductor 128 and via a return conductor 130 to the AC current and / or AC voltage source 126 flows back.
  • the return conductor 130 can be configured to divert the alternating current away from the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114 after it has flowed through, in particular to the alternating current source or the alternating voltage source 126.
  • the device can have a plurality of single-phase alternating current or single-phase alternating voltage sources 126, for example three as shown by way of example in FIG. 1c.
  • Each of the pipelines 112 and / or for each pipeline segment 114 can be assigned an alternating current and / or alternating voltage source 126, which is connected to the respective pipeline 112 and / or to the respective pipeline segment 114, in particular electrically via at least one electrical connection .
  • the device 110 can have two to N outgoing conductors 128 and two to N return conductors 130, where N is a natural number greater than or equal to three .
  • the respective single-phase alternating current and / or alternating voltage source 126 can be set up to generate an electrical current in the respective pipeline 112 and / or in the respective pipeline segment 114.
  • the AC and / or AC voltage sources 126 can be either regulated or unregulated.
  • the alternating current and / or alternating voltage sources 126 can be configured with or without the possibility of regulating at least one electrical output variable.
  • the device can have at least one controller 127.
  • the regulator can, for example, be an external regulator, that is to say regulator 127 arranged outside the reaction space.
  • the device 110 can have 2 to M different AC and / or AC voltage sources 126, where M is a natural number greater than or equal to three.
  • the alternating current and / or alternating voltage sources 126 can be electrically controllable independently of one another. For example, a different flow can be generated in the respective pipelines 112 and / or in the respective pipeline segments 114 and different temperatures in the pipelines 112 and / or pipeline segments 114 can be reached.
  • FIGS. 4a to 4c each show a schematic representation of an exemplary embodiment of a device 110 according to the invention for heating a fluid, wherein in the exemplary embodiments of FIGS.
  • FIG. 4a reference can be made to the description of FIG. 1a.
  • FIG. 1b reference can be made to the description of FIG. 1b.
  • FIG. 4c reference can be made to the description of FIG. 1c.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the device 110 according to the invention.
  • the device 110 has a pipeline 112 and / or pipeline segments 114 with three legs or turns, which are fluidically connected.
  • the device has the inlet 120 and the outlet 122.
  • the fluid can flow serially through the pipeline 112 and / or the pipeline segments 114 from the inlet 120 to the outlet 122.
  • the device 110 can have the insulators 124, for example two insulators 124 as shown in FIG.
  • the device 110 can have an outgoing conductor 128 and a return conductor 130.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device 110 according to the invention for heating a fluid, wherein in the exemplary embodiment in FIG. 5 a reactive space 111 of the device 110 is also shown.
  • a reactive space 111 of the device 110 is also shown.
  • FIGS. 1a and 1c the pipelines 112 are arranged in series.
  • Figures 3a and 3b show embodiments with parallel pipelines 112 and / or pipe segments 114, in Figure 3a with two parallel pipes 112 and / or pipe segments 114 and in Figure 3b with 3 parallel pipes 112 and / or pipe segments 114. Also other numbers of parallel pipes 112 and / or pipe line segments 114 are conceivable.
  • the device 110 has an inlet 120 and an outlet 122.
  • the pipes 112 and / or pipe segments 114 can be connected to one another in such a way that the fluid can flow through at least two pipes 112 and / or pipe segments 114 in parallel.
  • the pipes 112 and / or pipe segments 114 connected in parallel can have different geometries and / or surfaces and / or materials from one another.
  • the pipelines 112 and / or pipeline segments 114 connected in parallel can have different numbers of legs or turns.
  • FIGS. 6a and 6b show a schematic representation of an exemplary embodiment of a device 110 according to the invention for heating a fluid, wherein in the exemplary embodiments of FIGS. 6a and 6b, a reactive space 111 of the device 110 is shown in each case.
  • FIG. 6a reference can be made to the description of FIG. 3a.
  • FIG. 6b reference can be made to the description of FIG. 3b.
  • FIGS. 6c and 6e reference can be made to the description of FIG. 6A.
  • the pipeline 112 and / or pipeline segments 114 share a common alternating current and / or alternating voltage source 126.
  • the regulator 127 can be set up to regulate the output variable of the alternating current and / or alternating voltage source 126, so that the pipeline 112 and / or pipeline segments 114 can have controllable temperatures, in particular different temperatures.
  • FIGS. 6d and 6f reference can be made to the description of FIG. 6b.
  • the pipeline 112 and / or pipeline segments 114 share a common alternating current and / or alternating voltage source 126.
  • FIG. 6d and 6f the pipeline 112 and / or pipeline segments 114 share a common alternating current and / or alternating voltage source 126.
  • the device 110 can have symmetrical and / or asymmetrical tubes and / or combinations thereof. In a purely symmetrical configuration, the device 110 can have pipes 112 and / or pipe segments 114 of an identical pipe type. The device 110 can have any combination of tube types which, for example, can also be connected in parallel or in series.
  • the pipe type can be characterized by at least one feature selected from the group consisting of: a horizontal configuration of the pipe 112 and / or the pipe segment 114; a vertical configuration of the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114; a length in the inlet (L1) and / or outlet (L2) and / or transition (L3); a diameter in the inlet (d1) and outlet (d2) and / or transition (d3); Number n of passports; Length per pass; Diameter per pass; Geometry; Surface; and material.
  • the pipe type can be selected from at least one pipe 112 and / or at least one pipe segment 114 with or without galvanic separation and / or grounding 125.
  • the galvanic separation can be designed using an insulator 124, for example.
  • galvanic separation at the inlet 120 of the pipeline 112 and / or the pipe segment 114 and galvanic separation at the outlet 122 of the pipeline 112 and / or the pipe segment 114 can be provided.
  • galvanic isolation can be provided at the inlet 120 of the pipeline 112 and / or the pipe segment 114 and a grounding 125 at the outlet 122 of the pipeline 112 and / or the pipe segment 114.
  • galvanic isolation can only be provided at the inlet 120 of the pipeline 112 and / or the pipe segment 114.
  • a grounding 125 can only be provided at the inlet 120 of the pipeline 112 and / or the pipe segment 114.
  • the pipeline 112 and / or the pipe segment 114 can be provided without a grounding 125 at the inlet 120 and outlet 122 and / or without galvanic separation at the inlet 120 and outlet 122.
  • the pipe type can be replaced by a The direction of flow of the fluid must be characterized.
  • the fluid can basically flow in two directions of flow, referred to as the first and the second direction of flow. The first and second flow directions can be opposite.
  • the pipe type can be characterized by the application of alternating current to the pipe 112 and / or the pipe segment 114.
  • an outgoing conductor 128 can be connected centrally to the pipeline 112 and / or the pipe segment 114.
  • the return conductors 130 can be connected to the beginnings or ends of the pipeline 112 and / or the pipe segment 114.
  • the outgoing conductor 128 can be connected at the beginning of the pipeline 112 and / or the pipe segment 114 and the return conductor 130 at the end of the pipeline 112 and / or the pipe segment 114.
  • FIGS. 7A1 to Civ show examples of possible embodiments of pipe types in schematic representation.
  • the tube type is indicated in FIGS. 7A1 to Civ. This can be divided into the following categories, whereby all conceivable combinations of categories are possible:
  • Category A specifies a course of the pipeline 112 and / or a Rohr Obersseg element 114, where A1 indicates a pipe type with a horizontal course and A2 a pipe type with a vertical course, ie a course perpendicular to the horizontal course, identifies net.
  • Category B specifies a ratio of lengths in the inlet (L1) and / or outlet (L2) and / o the diameter in the inlet (d1) and / or outlet (d2) and / or transition (d3), where in the modular system 138 six different possible combinations are listed.
  • Category C specifies the ratios of lengths in the entry (L1) and / or exit (L2) and lengths of passes. All commutations are conceivable here, which are marked with Ci in the present case.
  • Category D indicates whether the at least one pipeline 112 and / or the at least one pipeline segment 114 is configured with or without galvanic isolation and / or grounding 125.
  • the galvanic separation can be configured using an isolator 124, for example.
  • D1 denotes a pipe type in which galvanic separation is provided at the inlet 120 of the pipe 112 and / or the pipe segment 114 and galvanic separation is provided at the outlet 122 of the pipe 112 and / or that of the pipe segment 114.
  • D2 denotes a pipe type in which galvanic isolation is provided at the inlet 120 of the pipeline 112 and / or the pipe segment 114 and a grounding 125 is provided at the outlet 122 of the pipeline 112 and / or the pipe segment 114.
  • D3 denotes a pipe type in which a galvanic separation is only provided at the inlet 120 of the pipe 112 and / or the pipe segment 114.
  • D4 denotes a pipe type in which a grounding 125 is only provided at the inlet 120 of the pipe 112 and / or of the pipe segment 114.
  • D5 denotes a pipe type in which the pipe 112 and / or the pipe segment 114 is provided without grounding 125 at inlet 120 and outlet 122 and / or without galvanic separation at inlet 120 and outlet 122.
  • Category E indicates a direction of flow of the fluid.
  • the fluid can basically flow in two directions of flow.
  • a pipe type in which the fluid flows in a first flow direction is referred to as a pipe type E1
  • a pipe type in which the fluid flows in a second flow direction is referred to as a pipe type E2.
  • the first and second flow directions can be opposite.
  • Category F identifies the application of alternating current to the pipeline 112 and / or the pipe segment 114.
  • F1 denotes a connection of an outward conductor 128 centrally on the pipe 112 and / or on the pipe segment 114, the return conductor 130 being connected to the beginnings or ends of the pipe 112 and / or the pipe segment 114.
  • F2 denotes a connection of the outgoing conductor 128 at the beginning of the pipe 112 and / or the pipe segment 114 and of the return conductor 130 at the end of the pipe 112 and / or the pipe segment 114.
  • FIG. 7Ai a pipeline 112 and / or a pipeline segment 114 of the pipe type A1 D1 F2 is shown.
  • the pipeline 112 and / or the pipeline segment 114 has a horizontal course.
  • the device 110 has two isolators 124 which are arranged after the inlet 120 and in front of the outlet 122.
  • possible flow directions Ei are shown by way of example with a double arrow at inlet 120 and outlet 122.
  • inlet 120 and outlet 122 are referred to together.
  • FIG. 7Aii shows a pipe type A1 D2F2 and differs from FIG. 7Ai in that the device 110 has only one insulator 124, a grounding 125 being provided instead of the second insulator.
  • the exemplary embodiment in FIG. 7Aiii shows a pipe type A1 D3F2 and differs from FIG. 7Aii in that no earthing 125 is provided.
  • the device 110 compared to FIG. 7Aiii, instead of the insulator, only one ground 125.
  • Embodiments without isolators 124 or groundings 125 are also possible, as shown in FIG. 7Av, pipe type A1 D5F2.
  • FIG. 7Ai to 7Avi show pipe types in which the alternating current is fed in via a connection of the outgoing conductor 128 at the start of the pipe 112 and / or the pipe segment 114.
  • FIG. 7Avi shows a pipe type A1 F1, in which the alternating current is fed in in the middle of the pipe 112 and / or on the pipe segment 114.
  • FIG. 7Bi pipe type BiD1 F2, lengths in the inlet (L1), outlet (L2) and transition (L3) as well as diameters in the inlet (d1), outlet (d2) and transition (d3) are shown.
  • the device 110 can have pipelines 112 and / or pipeline segments 114 with different lengths in the inlet (L1) and / or outlet (L2) and / or transition (L3) and / or diameter in the inlet (d1) and / or outlet (d2) and / or transition (d3).
  • FIG. 7Bii shows a pipe type BiD2F2 and differs from FIG.
  • FIG. 7Bi in that the device 110 has only one insulator 124, a grounding 125 being provided instead of the second insulator.
  • the exemplary embodiment in FIG. 7Biii shows a pipe type BiD3F2 and differs from FIG. 7Bii in that no earthing 125 is provided.
  • FIG. 7Biv pipe type BiD4F2
  • the device 110 in comparison to FIG. 7Biii, has only one earthing 125 instead of the insulator.
  • Embodiments without insulators 124 or groundings 125 are also possible, as shown in FIG. 7Bv, pipe type BiD5F2.
  • FIGS. 7Bv pipe type BiD5F2.
  • FIG. 7Bi to 7Bvi show pipe types in which the alternating current is fed in via a connection of the feeder 128 at the start of the pipe 112 and / or the pipe segment 114.
  • FIG. 7Bvi shows a pipe type BiF1 in which the alternating current is fed in centrally on the pipe 112 and / or on the pipe segment 114.
  • FIG. 7Ci pipe type CiD1 F2 shows an embodiment in which the device 110 has pipes 112 and / or pipe segments 114 with a plurality n of passes, for example three as shown here.
  • the passes can each have different lengths L3, L4, L5 and / or diameters d3, d4, d5.
  • FIG. 7Ci shows a pipe type CiD2F2 and differs from FIG. 7Ci in that the device 110 has only one insulator 124, an earth 125 being provided instead of the second insulator.
  • the exemplary embodiment in FIG. 7Ciii shows a pipe type CiD3F2 and differs from FIG.
  • FIGS. 7Ci to 7Cvi show pipe types in which the alternating current is fed in via a connection to the feeder 128 at the start of the pipe 112 and / or the pipe segment 114.
  • Figure 7Cvi shows a pipe type CiF1, in which a The alternating current is fed in centrally on the pipeline 112 and / or on the pipe segment 114.
  • the device 110 can have a combination of at least two different tube types, which are connected in parallel and / or in series.
  • the device 110 can have pipelines 112 and / or pipeline segments 114 of different lengths in the inlet (L1) and / or outlet (L2) and / or transition (L3).
  • the device can have pipelines and / or pipeline segments with an asymmetry of the diameter in the inlet (d1) and / or outlet (d2) and / or transition (d3).
  • the device 110 can have pipelines 112 and / or pipeline segments 114 with a different number of passes.
  • the device 110 can have pipelines 112 and / or pipeline segments 114 with passes with different lengths per pass and / or different diameters per pass.
  • Pipelines 112 and / or pipeline segments 114 can be present in various pipe types in the form of a kit 138 and selected depending on a purpose and combined as desired.
  • FIG. 8a shows an embodiment of a construction kit 138 with different tube types.
  • Figures 8b to y show exemplary embodiments according to the invention of combinations of pipes 112 and / or pipe segments 114 of the same and / or different pipe types.
  • FIG. 8b shows an exemplary embodiment with three horizontal pipes 112 and / or pipe segments 114 of the pipe type A1, which are arranged one after the other.
  • Figure 8c shows two parallel, vertical pipes of pipe type A2 and a downstream pipe 112 and / or a downstream pipe segment 114 also of pipe type A2.
  • a plurality of pipelines 112 and / or the pipeline segments 114 of the pipe type A2 are shown, which are all connected in parallel.
  • FIG. 8e shows an embodiment in which a plurality of tube types of category B are arranged one after the other.
  • the pipes 112 and / or pipe segments 114 can be identical or different pipe types of category B, which is identified by Bi.
  • FIG. 8f shows an embodiment with six pipes 112 and / or pipe segments 114 of category B, two pipes 112 and / or pipe segments 114 being arranged in two parallel strands and two further pipes 112 and / or pipe segments 114 being connected downstream.
  • FIG. 8g shows an embodiment with pipes 112 and / or pipe segments 114 of category C, two pipes 112 and / or pipe segments 114 connected in parallel and one pipe 112 and / or one pipe segment 114 connected downstream.
  • Mixed forms of categories A, B and C are also possible, as shown in FIGS. 8h to m.
  • the device 110 can have a plurality of feed inlets and / or feed outlets and / or production exhibit streams.
  • the pipes 112 and / or pipe segments 114 of different or identical pipe types can be arranged in parallel and / or in series with a plurality of feed inlets and / or feed outlets, as is illustrated, for example, in FIGS. 8k and 8m.
  • FIGS. 8n to 8p show exemplary combinations of pipelines 112 and / or pipeline segments 114 of categories A, D and F.
  • FIGS. 8q and 8r show exemplary combinations of pipelines 112 and / or pipeline segments 114 of categories B, D and F.
  • 8s shows an exemplary combination of pipelines 112 and / or pipeline segments 114 of categories C, D and F.
  • FIG. 8t shows an exemplary combination of pipelines 112 and / or pipeline segments 114 of categories A, D and F.
  • FIG. 8u shows an exemplary combination of pipes 112 and / or pipe segments 114 of categories A, C, D and F.
  • Figure 8v shows an exemplary combination of pipes 112 and / or pipe segments 114 of categories B, C, D and F.
  • Figure 8w and 8y show exemplary combinations of pipelines 112 and / or pipeline segments 114 of categories A, B, C, D and F.
  • FIG. 8x shows an example Targeted combination of pipelines 112 and / or pipeline segments 114 of categories A, B, D and F.
  • the device 110 can have a plurality of feed inlets and / or feed outlets and / or production streams.
  • the pipes 112 and / or pipe segments 114 of different or identical pipe types of categories A, B, C, D, E and F can be arranged in parallel and / or in series with a plurality of feed inlets and / or feed outlets. Examples of a plurality of feed inlets and / or feed outlets and / or production streams are shown in FIGS. 8o, 8p, 8r, 8s, 8v to 8y.

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Control Of Resistance Heating (AREA)
  • Instantaneous Water Boilers, Portable Hot-Water Supply Apparatuses, And Control Of Portable Hot-Water Supply Apparatuses (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)

Abstract

Es wird eine Einrichtung (110) zum Erhitzen eines Fluides vorgeschlagen. Die Einrichtung umfasst - mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung (112) und/oder mindestens ein elektrisch leitfähiges Rohrleitungssegment (114) zur Aufnahme des Fluides, und - mindestens eine einphasige Wechselstrom- und/oder mindestens eine einphasige Wechselspannungsquelle (126), wobei jeder Rohrleitung (112) und/oder jedem Rohrleitungssegment (114) je eine einphasige Wechselstrom- und/oder eine einphasige Wechselspannungsquelle (126) zugeordnet ist, welche mit der jeweiligen Rohrleitung (112) und/oder mit dem jeweiligen Rohrleitungssegment (114) verbunden ist, wobei die jeweilige einphasige Wechselstrom- und/oder einphasige Wechselspannungsquelle (126) dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung (112) und/oder in dem jeweiligen Rohrleitungssegment (114) zu erzeugen, welcher die jeweilige Rohrleitung (112) und/oder das jeweilige Rohrleitungssegment (114) durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmt, wobei die einphasige Wechselstrom- und/oder die einphasige Wechselspannungsquelle (126) derart mit der Rohrleitung (112) und/oder dem Rohrleitungssegment (114) elektrisch leitend verbunden ist, dass der erzeugte Wechselstrom über einen Hinleiter (128) in die Rohrleitung (112) und/oder das Rohrleitungssegment (114) herein fließt und über einen Rückleiter (130) zur Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle (126) zurückfließt.

Description

Einrichtung und Verfahren zum Erhitzen eines Fluides in einer Rohrleitung mit einphasigem Wechselstrom
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Erhitzen eines Fluides in einer Rohrleitung.
Derartige Einrichtungen sind grundsätzlich bekannt. Beispielsweise beschreibt WO 2015/197181 A1 eine Einrichtung zum Heizen eines Fluides mit zumindest einer elektrisch leitfähigen Rohrleitung zur Aufnahme des Fluides, und zumindest eine mit der mindestens ei nen Rohrleitung verbundene Spannungsquelle. Die mindestens eine Spannungsquelle ist dazu ausgebildet, einen elektrischen Wechselstrom in der mindestens einen Rohrleitung zu erzeu gen, der die mindestens eine Rohrleitung zum Heizen des Fluides erwärmt.
Bekannte Einrichtungen zum Erhitzen eines Fluides in einer Rohrleitung sind jedoch oft tech nisch kompliziert oder nur mit hohen technischen Aufwand zu realisieren.
FR 2722359 A1 beschreibt, dass eine Flüssigkeit durch eine gleichmäßige zentrale Bohrung eines Kanals strömt, dessen Wandstärke axial gleichmäßig zunimmt. Zwischen den Enden ist eine elektrische Energiequelle angeschlossen. Die Widerstandserwärmung pro Längeneinheit nimmt mit zunehmender Dicke ab, wobei die erforderliche Energieverteilung durch die Wahl ge eigneter Abmessungen erreicht wird.
WO 2013/143435 A1 beschreibt, ein elektrisches Hochfrequenz-Heizmaterialrohr, bestehend aus einem Rohrkörper aus leitfähigem Material, der mit mindestens einer Gruppe von Heizvor richtungen zusammenpasst. Die Heizvorrichtungen sind auf dem Materialrohrkörper angeordnet und extern mit einer Hochfrequenz-Wechselstromversorgung verbunden. Die Heizvorrichtung umfasst mindestens zwei leitfähige Komponenten. Die beiden leitfähigen Komponenten sind je weils mit einem leitfähigen Ring versehen. Die leitfähigen Ringe sind jeweils auf den Material rohrkörper aufgeschoben und auf der linken und rechten Seite getrennt angeordnet. Die beiden leitfähigen Ringe sind jeweils mit einem leitfähigen Draht verbunden und die anderen Enden der beiden leitfähigen Drähte sind jeweils mit den verschiedenen Elektroden der Hochfrequenz- Wechselstromversorgung verbunden, um den Hochfrequenzstrom zur Oberfläche des Material rohrkörpers zu leiten und zu sammeln, so dass der Hochfrequenz-Wechselstrom auf der Ober fläche des Materialrohrkörpers fließt und die Temperatur schnell ansteigt, um die Oberfläche des Materialrohrkörpers aufgrund des Vorhandenseins einer Impedanz zu erwärmen.
Auf dem technischen Gebiet der Unterseepipelines, wie in EP 3579659 A1 beschreiben, ist ein unterseeisches direktes elektrisches Heizenergieversorgungssystem zum Bereitstellen elektri scher Energie zum Beheizen eines unterseeischen Pipelineabschnitts bekannt. Das System umfasst Eingangsmittel, die geeignet sind, das direkte elektrische Heizenergieversorgungssys tem mit einer Energieversorgung zu koppeln, und einen unterseeischen Antrieb mit variabler Geschwindigkeit zum Empfangen elektrischer Energie von den Eingangsmitteln und zum Be reitstellen eines Wechselstromausgangs.
Auf dem technischen Gebiet der Ölpipelines, wie in GB 2 341 442 A beschrieben, ist in Rohrlei tungsheizsystem umfassend eine thermisch isolierte Rohrleitung bekannt, in der ein Teil der Rohrleitung als Heizelement wirkt, bekannt. Das Heizelement weist Verbindungen mit entspre chenden Zuführungs- und Rückführungskabeln an gegenüberliegenden Enden der Länge der Rohrleitung auf, die das Heizelement definieren, wobei die thermische Isolierung eine elektri sche Isolierung für das Heizelement bereitstellt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren zum Erhit zen eines Fluides bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll die Einrichtung und das Verfahren tech nisch einfach zu realisieren und durchzuführen sein und auch wirtschaftlich sein. Insbesondere soll die Einrichtung und das Verfahren bei der Erhitzung von Fluiden, welche eine Isolationsmin derung verursachen, beispielsweise einer Verkokung bei Spaltöfen, anwendbar sein.
Diese Aufgabe wurde durch eine Einrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind u. a. in den zugehörigen Unteransprü chen und Unteranspruchsverknüpfungen angegeben.
Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, ne ben dem durch diese Begriffe eingeführten Merkmal, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispiels weise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element C, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe oder ähnliche Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Ein führung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder meh rere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merk mal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann. Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alterna tive Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwen dung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbei spiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hier durch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche einge schränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglich keiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zum Erhitzen eines Fluides vorgeschlagen.
Unter einem „Fluid“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein gasförmiges und/oder flüs siges Medium verstanden. Das Fluid kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe be stehend aus: Wasser, Wasserdampf, einer Verbrennungsluft, einem Kohlenwasserstoffge misch, einem zu spaltenden Kohlenwasserstoff. Beispielsweise kann das Fluid ein thermisch zu spaltender Kohlenwasserstoff, insbesondere ein thermisch zu spaltendes Gemisch aus Kohlen wasserstoffen, sein. Beispielsweise kann das Fluid Wasser oder Wasserdampf sein und zusätz lich einen thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Gemisch aus ther misch zu spaltenden Kohlenwasserstoffen, aufweisen. Das Fluid kann beispielsweise ein vorge wärmtes Gemisch aus thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf sein. Auch andere Fluide sind denkbar.
Unter „Erhitzen eines Fluides“ kann ein Vorgang verstanden werden, welcher zu einer Ände rung einer Temperatur des Fluides führt, insbesondere zu einem Anstieg der Temperatur des Fluides, beispielsweise zu einem Erwärmen des Fluides. Das Fluid kann beispielsweise durch das Erhitzen bis zu einem vorgegebenen oder vorbestimmten Temperaturwert erwärmt werden. Beispielsweise kann das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 1200°C erhitzt werden. Der Temperaturbereich kann abhängig von einer Anwendung sein. Beispielsweise kann das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 550°C bis 1100°C erhitzt werden. Beispiels weise kann das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 800 °C, bevorzugt von 400 °C bis 700 °C erhitzt werden.
Die Einrichtung kann Teil einer Anlage sein. Beispielsweise kann die Anlage ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Steameracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einer Vorrichtung zum Trockenreforming. Beispielsweise kann die An lage eingerichtet sein mindestens ein Ver-fahren durchzuführen ausgewählt aus der Gruppe be stehend aus: Steamcracking, Steamreforming, Alkandehydrierung, Trockenreforming . Die Einrichtung kann beispielsweise Teil eines Steamerackers sein. Unter „Steamcracking“ kann ein Verfahren verstanden werden, bei welchem durch thermisches Cracken längerkettige Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Naphtha, Propan, Butan und Ethan sowie Gasöl und Hyd- rowax, in Gegenwart von Wasserdampf in kurzkettige Kohlenwasserstoffe umgewandelt wer den. Bei dem Steamcracking kann Wasserstoff, Methan, Ethen und Propen als Hauptprodukt, sowie u.a. Butene und Pyrolysebenzin erzeugt werden. Der Steameracker kann eingerichtet sein das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 550°C bis 1100°C zu erwärmen.
Beispielsweise kann die Einrichtung Teil eines Reformerofens sein. Unter „Steamreforming“ kann ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenoxiden aus Wasser und kohlen stoffhaltigen Energieträgern, insbesondere Kohlenwasserstoffen wie Erdgas, Leichtbenzin, Me thanol, Biogas oder Biomasse verstanden werden. Beispielsweise kann das Fluid auf eine Tem peratur im Bereich von 200 °C bis 800 °C, bevorzugt von 400 °C bis 700 °C, erwärmt werden.
Beispielsweise kann die Einrichtung Teil einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung sein. Unter einer , Alkandehydrierung“ kann ein Verfahren zur Herstellung von Alkenen durch Dehydrierung von Alkanen, beispielsweise Dehydrierung von Butan zu Butenen (BDH) oder Dehydrierung von Propan zu Propen (PDH), verstanden werden. Die Vorrichtung zur Alkandehydrierung kann ein gerichtet sein das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 400°C bis 700°C zu erwärmen.
Auch andere Temperaturen und Temperaturbereiche sind jedoch denkbar.
Die Einrichtung umfasst: mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung und/oder mindestens ein elektrisch leitfä higes Rohrleitungssegment zur Aufnahme des Fluides, und mindestens eine einphasige Wechselstrom- und/oder mindestens eine einphasige Wech selspannungsquelle, wobei jeder Rohrleitung und/oder jedem Rohrleitungssegment je eine ein phasige Wechselstrom- und/oder eine einphasige Wechselspannungsquelle zugeordnet ist, welche mit der jeweiligen Rohrleitung und/oder mit dem jeweiligen Rohrleitungssegment ver bunden ist, wobei die jeweilige einphasige Wechselstrom- und/oder einphasige Wechselspan nungsquelle dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung und/o der in dem jeweiligen Rohrleitungssegment zu erzeugen, welcher die jeweilige Rohrleitung und/oder das jeweilige Rohrleitungssegment durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides er wärmt, wobei die einphasige Wechselstrom- und/oder die einphasige Wechselspannungsquelle derart mit der Rohrleitung und/oder dem Rohrleitungssegment elektrisch leitend verbunden ist, dass der erzeugte Wechselstrom über einen Hinleiter in die Rohrleitung und/oder das Rohrlei tungssegment herein fließt und über einen Rückleiter zur Wechselstrom und/oder Wechsel spannungsquelle zurückfließt.
Unter einer Rohrleitung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige geformte Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist das Fluid aufzunehmen und zu trans portieren. Unter einem Rohrleitungssegment kann ein Teilbereich einer Rohrleitung verstanden werden. Die Rohrleitung kann mindestens ein symmetrisches und/oder mindestens ein unsym metrisches Rohr aufweisen. Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material der Rohrleitung kann anhängig von einem zu transportierenden Fluid sein.
Unter einer „elektrisch leitfähigen Rohrleitung“ kann verstanden werden, dass die Rohrleitung, insbesondere das Material der Rohrleitung, eingerichtet ist elektrischen Strom zu leiten.
Das Fluid kann die jeweiligen Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente der Einrichtung durchströmen und in diesen erhitzt werden, indem die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungsseg mente durch einen in diese Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente aus den Wechsel strom- und/oder Wechselspannungsquellen eingeprägten Wechselstrom erhitzt werden, so dass in den Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmenten Joulesche Wärme erzeugt wird, welche auf das Fluid übertragen wird, so dass dieses beim Durchströmen der Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente erhitzt wird.
Die Rohrleitung kann als ein Reaktionsrohr eines Reformerofens ausgebildet sein. Die Rohrlei tung kann eingerichtet sein als Reaktionsrohr mindestens einer Anlage ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Steameracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Al kandehydrierung, einer Vorrichtung zum Trockenreforming.
Die Einrichtung kann eine Mehrzahl an Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmenten aufwei sen. Die Einrichtung kann L Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente aufweisen, wobei L eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. Beispielsweise kann die Einrichtung mindes tens zwei, drei, vier, fünf oder auch mehr Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente auf weisen. Die Einrichtung kann beispielsweise bis zu hundert Rohrleitungen und/oder Rohrlei tungssegmente aufweisen. Die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente können identisch oder verschieden ausgestaltet sein.
Die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente können symmetrische und/oder unsymmet rische Rohre und/oder Kombinationen davon aufweisen. Bei einer rein symmetrischen Ausge staltung kann die Einrichtung Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente von einem identi schen Rohrtyp aufweisen. Unter „unsymmetrische Rohre“ und „Kombinationen von symmetri schen und unsymmetrischen Rohren“ kann verstanden werden, dass die Einrichtung eine belie bige Kombination von Rohrtypen aufweisen kann, welche beispielsweise zudem beliebig paral lel oder in Reihe verschaltet sein können. Unter einem „Rohrtyp“ kann eine durch bestimmte Merkmale gekennzeichnete Kategorie oder Art von Rohrleitung und/oder Rohrleitungssegment verstanden werden. Der Rohrtyp kann mindestens durch ein Merkmal charakterisiert werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer horizontalen Ausgestaltung der Rohrleitung und/oder des Rohrleitungssegments; einer vertikalen Ausgestaltung der Rohrleitung und/oder des Rohrleitungssegments; einer Länge im Eintritt (L1) und/oder Austritt (L2) und/oder Über gang (L3); einem Durchmesser im Eintritt (d1) und Austritt (d2) und/oder Übergang (d3); Anzahl n von Pässen; Länge pro Pass; Durchmesser pro Pass; Geometrie; Oberfläche; und Material. Die Einrichtung kann eine Kombination von mindestens zwei verschiedenen Rohrtypen aufwei sen, welche parallel und/oder in Reihe verschaltet sind. Beispielsweise kann die Einrichtung Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente von unterschiedlichen Längen im Eintritt (L1) und/oder Austritt (L2) und/oder Übergang (L3) aufweisen. Beispielsweise kann die Einrichtung Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente mit einer Asymmetrie der Durchmesser im Ein tritt (d1) und/oder Austritt (d2) und/oder Übergang (d3) aufweisen. Beispielsweise kann die Ein richtung Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente mit einer unterschiedlichen Anzahl von Pässen aufweisen. Beispielsweise kann die Einrichtung Rohrleitungen und/oder Rohrleitungs segmente mit Pässen mit unterschiedlichen Längen pro Pass und/oder unterschiedlichem Durchmesser pro Pass aufweisen. Grundsätzlich sind beliebige Kombinationen parallel und/o der in Reihe von allen Rohrtypen denkbar. Die Einrichtung kann eine Mehrzahl von Feed-Ein- lässen und/oder Feed-Auslässen und/oder Produktionsströmen aufweisen. Unter „Feed“ kann ein Stoffstrom verstanden werden, welcher der Einrichtung zugeführt wird. Die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente von verschiedenem oder identischem Rohrtyp können parallel und/oder in Reihe mit mehreren Feed-Einlässen und/oder Feed-Auslässen angeordnet sein. Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente können in verschiedenen Rohrtypen in Form ei nes Baukastens vorliegen und abhängig von einem Verwendungszweck ausgewählt und belie big kombiniert werden. Durch eine Verwendung von Rohrleitungen und/oder Rohrleitungsseg menten von verschiedenen Rohrtypen kann eine genauere Temperaturführung, und/oder eine Anpassung der Reaktion bei schwankendem Feed und/oder eine selektive Ausbeute der Reak tion und/oder eine optimierte Verfahrenstechnik ermöglicht werden. Die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente können identische oder verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen. Die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente können durchverbunden sein und so ein Rohrsystem zur Aufnahme des Fluides bilden. Unter einem „Rohrsystem“ kann eine Vorrichtung aus mindestens zwei, insbesondere miteinander verbunde nen, Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmenten verstanden werden. Das Rohrsystem kann zu- und abführende Rohrleitungen aufweisen. Das Rohrsystem kann mindestens einen Einlass zur Aufnahme des Fluides aufweisen. Das Rohrsystem kann mindestens einen Auslass zur Ausgabe des Fluides aufweisen. Unter „durchverbunden“ kann verstanden werden, dass die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente miteinander in einer Fluidverbindung stehen. So können die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente derart angeordnet und verbunden sein, dass das Fluid die die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente nacheinander durchströmt. Die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente können parallel zu einander verschaltet sein, derart, dass das Fluid mindestens zwei Rohrleitungen und/oder Rohrleitungs segmente parallel durchströmen kann. Die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente, ins besondere die parallel geschalteten Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente, können derart eingerichtet sein unterschiedliche Fluide parallel zu transportieren. Insbesondere können für einen Transport von verschiedenen Fluiden die parallel geschalteten Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente, zueinander verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen. Insbesondere für den Transport eines Fluides, können mehrere oder sämtliche der Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente parallel konfiguriert sein, so dass das Fluid auf jene parallel konfigurierten Rohrleitungen aufteilbar ist. Auch Kombinationen von einer seriellen und parallelen Schaltung sind denkbar. Die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente und entsprechend zu- und abführenden Rohrleitungen können miteinander fluidleitend verbunden sein, wobei die Rohrleitungen und/o der Rohrleitungssegmente und die zu- und abführenden Rohrleitungen galvanisch voneinander getrennt sein können. Unter „galvanisch voneinander getrennt“ kann verstanden werden, dass die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente und die zu- und abführenden Rohrleitungen derart voneinander getrennt sind, dass keine elektrische Leitung und/oder eine tolerierbare elektrische Leitung zwischen den Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente und den zu- und abführenden Rohrleitungen erfolgt. Die Einrichtung kann mindestens einen Isolator, insbe sondere eine Mehrzahl von Isolatoren, aufweisen. Die galvanische Trennung zwischen den je weiligen Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmenten und den zu- und abführenden Rohrlei tungen kann durch die Isolatoren gewährleistet sein. Die Isolatoren können einen freien Durch fluss des Fluides sicherstellen. Für die jeweiligen galvanisch getrennten Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente kann die Einrichtung mindestens einen Hinleiter und mindestens einen Rückleiter aufweisen. Der Hinleiter und der Rückleiter für die jeweiligen galvanisch getrennten Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente können mit einer Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle verbunden sein. Es können also für die jeweiligen galvanisch ge trennten Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente je eine Wechselstrom- und/oder Wech selspannungsquelle, mindestens ein Hinleiter und mindestens einen Rückleiter vorgesehen sein.
Unter einer „Wechselstromquelle“ kann eine Stromquelle verstanden werden, welche eingerich tet ist einen Wechselstrom bereitzustellen. Unter einer „Wechselstrom“ kann ein elektrischer Strom verstanden werden, dessen Polung sich in zeitlich regelmäßiger Wiederholung ändert. Beispielsweise kann der Wechselstrom ein sinusförmiger Wechselstrom sein. Unter einer „ein phasigen“ Wechselstromquelle kann eine Wechselstromquelle verstanden werden, welche ei nen elektrischen Strom mit einer einzigen Phase bereitstellt.
Die Einrichtung kann zu einer Beaufschlagung der Rohrleitung und/oder des Rohrleitungsseg ments mit dem Wechselstrom und/oder zu einer Bereitstellung des Wechselstroms für die Rohr leitung und/oder für das Rohrleitungssegment eingerichtet sein. Die Einrichtung kann einen Hin leiter aufweisen, welcher eingerichtet ist den erzeugten Wechselstrom zu einem weiteren Ele ment, insbesondere der Rohrleitung und/oder dem Rohrleitungssegment, zu leiten, derart, dass der erzeugte Wechselstrom über den Hinleiter in die Rohrleitung und/oder das Rohrleitungsseg ment herein fließt. Unter einem „Hinleiter“ kann ein beliebiger elektrischer Leiter, insbesondere ein Zuleiter, verstanden werden, wobei der Wortteil „hin“ eine Fließrichtung angibt von der Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle zu der der Rohrleitung und/oder dem Rohr leitungssegment.
Unter einer „Wechselspannungsquelle“ kann eine Spannungsquelle verstanden werden, welche eingerichtet ist eine Wechselspannung bereitzustellen. Unter einer „Wechselspannung“ kann eine Spannung verstanden werden, deren Höhe und Polarität sich zeitlich regelmäßig wieder holt. Beispielsweise kann die Wechselspannung eine sinusförmige Wechselspannung sein. Die von der Wechselspannungsquelle erzeugte Spannung bewirkt einen Stromfluss, insbesondere ein Fließen eines Wechselstroms. Unter einer „einphasigen“ Wechselspannungsquelle kann eine Wechselspannungsquelle verstanden werden, welche den Wechselstrom mit einer einzi gen Phase bereitstellt.
Die Wechselstromquelle und/oder die Wechselspannungsquelle sind eingerichtet einen Wech selstrom in der jeweiligen Rohrleitung und/oder dem jeweiligen Rohrleitungssegment zu erzeu gen. Der erzeugte Wechselstrom kann die jeweilige Rohrleitung und/oder das jeweilige Rohrlei tungssegment durch Joulesche Wärme, die bei Durchgang des elektrischen Stromes durch lei tendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmen. Unter „Erwärmen der Rohr leitung und/oder des Rohrleitungssegments“ kann ein Vorgang verstanden werden, welcher zu einer Änderung einer Temperatur der Rohrleitung und/oder des Rohrleitungssegments führt, insbesondere einen Anstieg der Temperatur der Rohrleitung und/oder des Rohrleitungsseg ments.
Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle ist derart mit der Rohrleitung und/oder dem Rohrleitungssegment elektrisch leitend verbunden, dass der erzeugte Wechselstrom über den H inleiter in die Rohrleitung und/oder das Rohrleitungssegment hereinfließt und über einen Rückleiter zur Wechselstrom und/oder Wechselspannungsquelle wieder zurückfließt. Die Ein richtung kann mindestens einen Rückleiter aufweisen. Unter einem „Rückleiter“ kann ein grund sätzlich beliebiger elektrischer Leiter verstanden werden, welcher eingerichtet ist, den Wechsel strom nach Durchfließen von der Rohrleitung und/oder des Rohrleitungssegments wegzuleiten, insbesondere zu der Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle. Der Wortteil „rück“ gibt hierbei eine Fließrichtung an von der Rohrleitung und/oder dem Rohrleitungssegment zu der Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle.
Die Einrichtung kann eine Mehrzahl von einphasigen Wechselstrom- oder einphasigen Wech selspannungsquellen aufweisen.
Jeder der Rohrleitungen und/oder für jedes Rohrleitungssegment kann je eine Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle zugeordnet sein, welche mit der jeweiligen Rohrleitung und/oder mit dem jeweiligen Rohrleitungssegment verbunden ist, insbesondere elektrisch über mindestens eine elektrische Verbindung. Weiter sind Ausführungsformen denkbar, in welchen sich mindestens zwei Rohrleitungen und/oder für jedes Rohrleitungssegment eine Wechsel strom- und/oder Wechselspannungsquelle teilen.
Zur Verbindung der einphasigen Wechselstrom- oder einphasigen Wechselspannungsquellen und den jeweiligen Rohrleitungen und/oder mit den jeweiligen Rohrleitungssegmenten kann die Einrichtung 2 bis N Hinleiter und 2 bis N Rückleiter aufweisen, wobei N eine natürliche Zahl grö ßer oder gleich drei ist. Die jeweilige einphasige Wechselstrom- und/oder Wechselspannungs quelle kann dazu eingerichtet sein einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung und/o der in dem jeweiligen Rohrleitungssegment zu erzeugen. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können entweder geregelt oder unge regelt sein. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können mit oder ohne Re gelungsmöglichkeit mindestens einer elektrischen Ausgangsgröße ausgestaltet sein. Unter ei ner „Ausgangsgröße“ kann ein Strom und/oder ein Spannungswert und/oder ein Strom und/o der ein Spannungssignal verstanden werden. Die Einrichtung kann 2 bis M verschiedene Wech selstrom- und/oder Wechselspannungsquellen aufweisen, wobei M eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können unabhän gig voneinander elektrisch regelbar sein. So kann beispielsweise ein verschiedener Strom in den jeweiligen Rohrleitungen erzeugt und verschiedene Temperaturen in den Rohrleitungen er reicht werden.
Weiter kann die Einrichtung mindestens einen Heizdraht aufweisen, welcher beispielsweise um die Rohrleitung und/oder das Rohrleitungssegment gewickelt sein kann. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle kann mit dem Heizdraht verbunden sein. Die Wechsel strom- und/oder Wechselspannungsquelle kann eingerichtet sein einen Strom in dem Heizdraht und so Wärme zu erzeugen. Der Heizdraht kann eingerichtet sein die Rohrleitung und/oder das Rohrleitungssegment zu erwärmen, insbesondere zu erhitzen.
In einem weiteren Aspekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erhit zen eines Fluides vorgeschlagen. In dem Verfahren wird eine erfindungsgemäße Einrichtung verwendet.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Rohrleitung und/oder mindestens ei nes elektrisch leitfähigen Rohrleitungssegments zur Aufnahme des Fluides;
Aufnahme des Fluides in die Rohrleitung und/oder das Rohrleitungssegment;
Bereitstellen mindestens einer einphasigen Wechselstrom- und/oder mindestens einer einphasigen Wechselspannungsquelle, wobei jeder Rohrleitung und/oder jedem Rohrleitungs segment je eine einphasige Wechselstrom- und/oder eine einphasige Wechselspannungsquelle zugeordnet ist, welche mit der jeweiligen Rohrleitung und/oder mit dem jeweiligen Rohrleitungs segment verbunden ist,
Erzeugen eines elektrischen Stroms in der jeweiligen Rohrleitung und/oder in dem jeweili gen Rohrleitungssegment durch die jeweilige einphasige Wechselstrom- und/oder einphasige Wechselspannungsquelle, welcher die jeweilige Rohrleitung und/oder das jeweilige Rohrlei tungssegment durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmt, wobei die einphasige Wechselstrom- und/oder die einphasige Wechselspannungsquelle derart mit der Rohrleitung und/oder dem Rohrleitungssegment elektrisch leitend verbunden ist, dass der erzeugte Wech selstrom über einen Hinleiter in die Rohrleitung und/oder das Rohrleitungssegment herein fließt und über einen Rückleiter zur Wechselstrom und/oder Wechselspannungsquelle zurückfließt. Hinschlich Ausführungsformen und Definitionen kann auf obige Beschreibung der Einheit werden. Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei ei ner oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden können und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Anmeldung erwähnt wer den oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden.
Das Fluid kann die jeweiligen Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente der Einrichtung durchströmen und in diesen erhitzt werden, indem die Rohrleitungen durch einen in diese Rohr leitungen und/oder Rohrleitungssegmente aus der einphasigen Wechselstrom- und/oder der ein phasigen Wechselspannungsquelle eingeprägten Wechselstrom erhitzt werden, so dass in den Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmenten Joulesche Wärme erzeugt wird, welche auf das Fluid übertragen wird, so dass dieses beim Durchströmen der Rohrleitungen und/oder Rohrlei tungssegmente erhitzt wird.
Beispielsweise kann als Fluid ein thermisch zu spaltender Kohlenwasserstoff, insbesondere ein thermisch zu spaltendes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, erhitzt werden.
Beispielsweise kann als Fluid Wasser oder Wasserdampf erhitzt werden, wobei jenes Wasser oder jener Wasserdampf insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 550°C bis 700°C erhitzt wird, und das Fluid zusätzlich einen thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoff, insbe sondere ein Gemisch aus thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoffen, aufweist, insbeson dere enthält. Das zu erhitzende Fluid kann ein vorgewärmtes Gemisch aus thermisch zu spal tenden Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf sein.
Beispielsweise kann als Fluid Verbrennungsluft eines Reformerofens vorgewärmt bzw. aufge heizt werden, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 800 °C, bevorzugt 400 °C bis 700 °C.
Beispielsweise kann die Rohrleitung als Reaktionsrohr eines Reformerofens ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Einrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren weisen zahlreiche Vorteile gegenüber bekannten Einrichtungen und Verfahren auf. Die erfindungsgemäße Einrich tung und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben eine Regelung der Temperaturführung, eine Regelung des Stroms oder Spannung, eine Optimierung der Ausbeute, eine beliebige Aus führung eines Reaktordesign und beliebige Kombination der Reaktoren.
Zusammenfassend sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung folgende Ausführungs-formen besonders bevorzugt:
Ausführungsform 1 : Einrichtung zum Erhitzen eines Fluides umfassend - mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung und/oder mindestens ein elektrisch leit fähiges Rohrleitungssegment zur Aufnahme des Fluides, und
- mindestens eine einphasige Wechselstrom- und/oder mindestens eine einphasige Wechselspannungsquelle, wobei jeder Rohrleitung und/oder jedem Rohrleitungssegment je eine einphasige Wechselstrom- und/oder eine einphasige Wechselspannungsquelle zu geordnet ist, welche mit der jeweiligen Rohrleitung und/oder mit dem jeweiligen Rohrlei tungssegment verbunden ist, wobei die jeweilige einphasige Wechselstrom- und/oder ein phasige Wechselspannungsquelle dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung und/oder in dem jeweiligen Rohrleitungssegment zu erzeugen, wel cher die jeweilige Rohrleitung und/oder das jeweilige Rohrleitungssegment durch Joule- sche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmate rial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmt, wobei die einphasige Wechselstrom- und/oder die einphasige Wechselspannungsquelle derart mit der Rohrleitung und/oder dem Rohrleitungssegment elektrisch leitend verbunden ist, dass der erzeugte Wechsel strom über einen Hinleiter in die Rohrleitung und/oder das Rohrleitungssegment herein fließt und über einen Rückleiter zur Wechselstrom und/oder Wechselspannungsquelle zu rückfließt.
Ausführungsform 2: Einrichtung nach dem vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekenn zeichnet, dass die Einrichtung eine Mehrzahl von Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmen ten aufweist, wobei die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente durchverbunden sind und somit ein Rohrsystem zur Aufnahme des Fluides bilden.
Ausführungsform 3: Einrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung L Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente auf weist, wobei L eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist, wobei die Rohrleitungen und/o der Rohrleitungssegmente symmetrische oder unsymmetrische Rohre und/oder eine Kombina tion davon aufweisen.
Ausführungsform 4: Einrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente und entsprechend zu- und abführenden Rohrleitungen miteinander fluidleitend verbunden sind, wobei die Rohrleitun gen und/oder Rohrleitungssegmente und die zu- und abführenden Rohrleitungen galvanisch voneinander getrennt sind.
Ausführungsform 5: Einrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekenn zeichnet, dass die Einrichtung Isolatoren aufweist, welche eingerichtet sind zur galvanischen Trennung zwischen den jeweiligen Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmenten und den zu- und abführenden Rohrleitungen, wobei die Isolatoren eingerichtet sind, um einen freien Durch fluss des Fluides sicherzustellen. Ausführungsform 6: Einrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder sämtliche der Rohrleitungen und/oder Rohrleitungsseg mente seriell und/oder parallel konfiguriert sind.
Ausführungsform 7: Einrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Mehrzahl von einphasigen Wechselstrom- oder ein phasigen Wechselspannungsquellen aufweist, wobei die einphasigen Wechselstrom- oder ein phasigen Wechselspannungsquellen mit oder ohne Regelungsmöglichkeit mindestens einer elektrischen Ausgangsgröße ausgestaltet sind.
Ausführungsform 8: Einrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekenn zeichnet, dass die Einrichtung zur Verbindung der einphasigen Wechselstrom- oder einphasi gen Wechselspannungsquellen und den jeweiligen Rohrleitungen und/oder mit den jeweiligen Rohrleitungssegmenten 2 bis N Hinleiter und 2 bis N Rückleiter aufweist, wobei N eine natürli che Zahl größer oder gleich drei ist.
Ausführungsform 9: Einrichtung nach einer der zwei vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen einphasigen Wechselstrom- oder einphasigen Wechselspannungsquellen identisch oder verschieden ausgestaltet sind.
Ausführungsform 10: Einrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekenn zeichnet, dass die Einrichtung 2 bis M verschiedene einphasige Wechselstrom- und/oder ein phasige Wechselspannungsquellen aufweist, wobei M eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist, wobei die einphasigen Wechselstrom- und/oder einphasigen Wechselspannungsquellen unabhängig voneinander elektrisch regelbar sind.
Ausführungsform 11 : Anlage umfassend mindestens eine Einrichtung nach einer der vorherge henden Ausführungsformen.
Ausführungsform 12: Anlage nach der vorhergehenden Ausführungsform dadurch gekennzeich net, dass die Anlage ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Steameracker, ei nem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einer Vorrichtung zum Trocken- reforming.
Ausführungsform 13: Verfahren zum Erhitzen eines Fluides unter Verwendung einer Einrichtung gemäß einer der vorhergehenden, eine Einrichtung betreffenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Rohrleitung und/oder mindestens eines elektrisch leitfähigen Rohrleitungssegments zur Aufnahme des Fluides;
- Aufnahme des Fluides in die Rohrleitung und/oder das Rohrleitungssegment;
- Bereitstellen mindestens einer einphasigen Wechselstrom- und/oder mindestens einer einpha sigen Wechselspannungsquelle, wobei jeder Rohrleitung und/oder jedem Rohrleitungssegment je eine einphasige Wechselstrom- und/oder eine einphasige Wechselspannungsquelle zugeord net ist, welche mit der jeweiligen Rohrleitung und/oder mit dem jeweiligen Rohrleitungssegment verbunden ist,
Erzeugen eines elektrischen Stroms in der jeweiligen Rohrleitung und/oder in dem jeweili gen Rohrleitungssegment durch die jeweilige einphasige Wechselstrom- und/oder einphasige Wechselspannungsquelle, welcher die jeweilige Rohrleitung und/oder das jeweilige Rohrlei tungssegment durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmt, wobei die einphasige Wechselstrom- und/oder die einphasige Wechselspannungsquelle derart mit der Rohrleitung und/oder dem Rohrleitungssegment elektrisch leitend verbunden ist, dass der erzeugte Wech selstrom über einen Hinleiter in die Rohrleitung und/oder das Rohrleitungssegment herein fließt und über einen Rückleiter zur Wechselstrom und/oder Wechselspannungsquelle zurückfließt.
Ausführungsform 14: Verfahren nach der vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekenn zeichnet, dass als Fluid ein thermisch zu spaltender Kohlenwasserstoff, insbesondere ein ther misch zu spaltendes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, erhitzt wird.
Ausführungsform 15: Verfahren nach einer der vorhergehenden, ein Verfahren betreffenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid Wasser oder Wasserdampf erhitzt wird, wobei jenes Wasser oder jener Wasserdampf insbesondere auf eine Temperatur im Be reich von 550°C bis 700°C erhitzt wird, und das Fluid zusätzlich einen thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Gemisch aus thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstof fen, aufweist, wobei das zu erhitzende Fluid ein vorgewärmtes Gemisch aus thermisch zu spal tenden Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf ist.
Ausführungsform 16: Verfahren nach einer der vorhergehenden, ein Verfahren betreffenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid Verbrennungsluft eines Reformer ofens vorgewärmt wird, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 800 °C, bevorzugt 400 °C bis 700 °C.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei bung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprü chen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen: Figuren 1a bis 1c schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen einer erfindungs gemäßen Einrichtung;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung;
Figur 3a und 3b schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele der erfin dungsgemäßen Einrichtung; Figuren 4a bis 4c schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen einer erfindungs gemäßen Einrichtung; Figur 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung;
Figuren 6a und 6f schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele der erfin dungsgemäßen Einrichtung;
Figuren 7Ai bis Cvi schematische Darstellung von Rohrtypen; und
Figuren 8a bis y einen Baukasten mit Rohrtypen und erfindungsgemäße Ausführungsbei spiele von Kombinationen von Rohrleitungen und/oder Rohrleitungsseg menten.
Ausführungsbeispiele
Figuren 1a bis 1c zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels ei ner erfindungsgemäßen Einrichtung 110 zum Erhitzen eines Fluides. Die Einrichtung 110 um fasst mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung 112 und/oder mindestens ein elektrisch leitfähiges Rohrleitungssegment 114 zur Aufnahme des Fluides. Das Fluid kann ein gasförmi ges und/oder flüssiges Medium sein. Das Fluid kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Wasser, Wasserdampf, einer Verbrennungsluft, einem Kohlenwasser stoffgemisch, einem zu spaltenden Kohlenwasserstoff. Beispielsweise kann das Fluid ein ther misch zu spaltender Kohlenwasserstoff, insbesondere ein thermisch zu spaltendes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, sein. Beispielsweise kann das Fluid Wasser oder Wasserdampf sein und zusätzlich einen thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Gemisch aus thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoffen, aufweisen. Das Fluid kann beispielsweise ein vorgewärmtes Gemisch aus thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoffen und Wasser dampf sein. Auch andere Fluide sind denkbar. Die Einrichtung 110 kann eingerichtet sein das Fluid zu erwärmen, insbesondere einen Anstieg der Temperatur des Fluides zu bewirken. Das Fluid kann beispielsweise durch das Erhitzen bis zu einem vorgegebenen oder vorbestimmten Temperaturwert geheizt werden. Beispielsweise kann das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 400°C bis 1200°C erhitzt werden. Beispielsweise kann die Einrichtung 110 kann Teil einer Anlage sein. Beispielsweise kann die Anlage ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem Steameracker, einem Steamre- former, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einer Vorrichtung zum Trockenreforming. Bei spielsweise kann die Einrichtung 110 eingerichtet sein mindestens ein Verfahren durchzuführen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Steamcracking, Steamreforming, Alkandehydrie rung, Trockenreforming. Die Einrichtung 110 kann beispielsweise Teil eines Steamerackers sein. Der Steameracker kann eingerichtet sein das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 550°C bis 1100°C zu erwärmen. Beispielsweise kann die Einrichtung 110 Teil eines Reformer ofens sein. Beispielsweise kann das Fluid eine Verbrennungsluft eines Reformerofens sein, welche vorgewärmt bzw. aufgeheizt wird, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 800 °C, bevorzugt von 400 °C bis 700 °C. Beispielsweise kann die Einrichtung 110 Teil einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung sein. Die Vorrichtung zur Alkandehydrierung kann eingerichtet sein das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 400°C bis 700°C zu erwärmen. Auch andere Temperaturen und Temperaturbereiche sind jedoch denkbar.
Die Rohrleitung 112 und/oder das Rohrleitungssegment 114 kann eingerichtet sein das Fluid auf zunehmen und zu transportieren. Die Rohrleitung 112 und/oder das Rohrleitungssegment 114 kann mindestens einen Schenkel oder eine Windung umfassen. Die Rohrleitung 112 kann min destens ein symmetrisches und/oder mindestens ein unsymmetrisches Rohr aufweisen. Figur 1c zeigt eine Ausführungsform mit drei symmetrischen Rohrleitung 112 und/oder Rohrleitungsseg menten 114. Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material der Rohrleitung 112 kann an hängig von einem zu transportierenden Fluid sein. Die Rohrleitung 112 und/oder das Rohrlei tungssegment 114 kann eingerichtet sein elektrischen Strom zu leiten. Die Rohrleitung 112 kann als ein Reaktionsrohr eines Reformerofens ausgebildet sein.
Figur 1a zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem die Einrichtung eine Rohrleitung 112 aufweist. Die Einrichtung 110 kann eine Mehrzahl an Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 aufweisen, beispielsweise wie in Figur 1b gezeigt zwei oder wie in Figur 1c gezeigt drei. Die Einrichtung 110 kann L Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 aufweisen, wobei L eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. Beispielsweise kann die Einrichtung 110 min destens zwei, drei, vier, fünf oder auch mehr Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 aufweisen. Die Einrichtung 110 kann beispielsweise bis zu hundert Rohrleitungen 112 und/o der Rohrleitungssegmente 114 aufweisen. Die Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungsseg mente 114 können identisch oder verschieden ausgestaltet sein. Die Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 können durchverbunden sein und so ein Rohrsystem 118 zur Auf nahme des Fluides bilden. Das Rohrsystem 118 kann zu- und abführende Rohrleitungen 112 aufweisen. Das Rohrsysteml 18 kann mindestens einen Einlass 120 zur Aufnahme des Fluides aufweisen. Das Rohrsystem 118 kann mindestens einen Auslass 122 zur Ausgabe des Fluides aufweisen. Figur 1 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die Rohrleitungen 112 und/oder Rohr leitungssegmente 114 derart angeordnet und verbunden sind, dass das Fluid die die Rohrleitun gen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 nacheinander durchströmt.
Die Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 und entsprechend zu- und abführen den Rohrleitungen können miteinander fluidleitend verbunden sein, wobei die Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 und die zu- und abführenden Rohrleitungen galvanisch von einander getrennt sein können. Die Einrichtung 110 kann mindestens eine galvanische T rennung, insbesondere mindestens einen Isolator 124, insbesondere eine Mehrzahl von Isolatoren 124, aufweisen. Die galvanische T rennung zwischen den jeweiligen Rohrleitungen 112 und/oder Rohr leitungssegmenten 114 und den zu- und abführenden Rohrleitungen kann durch die Isolatoren 124 gewährleistet sein. Die Isolatoren 124 können einen freien Durchfluss des Fluides sicherstel len.
Die Einrichtung 110 weist mindestens eine einphasige Wechselstrom- und/oder mindestens eine einphasige Wechselspannungsquelle 126 auf. Beispielsweise kann der Wechselstrom ein sinus förmiger Wechselstrom sein. Die einphasige Wechselstrom- und/oder mindestens eine einpha sige Wechselspannungsquelle 126 kann eingerichtet sein einen elektrischen Strom mit einer ein zigen Phase bereitstellt.
Die Einrichtung 110 weist einen H inleiter 128 auf. Der Hinleiter 128 kann eingerichtet sein den erzeugten Wechselstrom zu der Rohrleitung 112 und/oder dem Rohrleitungssegment 114 zu leiten. Der Hinleiter 128 kann zu einer Beaufschlagung der Rohrleitung 112 und/oder des Rohr leitungssegments 114 mit dem Wechselstrom und/oder zu einer Bereitstellung des Wechsel stroms für die Rohrleitung 112 und/oder für das Rohrleitungssegment 114 eingerichtet sein. Der Hinleiter 128 kann eingerichtet sein den erzeugten Wechselstrom zu der Rohrleitung 112 und/o der dem Rohrleitungssegment 114, zu leiten, derart, dass der erzeugte Wechselstrom über den Hinleiter 128 in die Rohrleitung 112 und/oder das Rohrleitungssegment 114 herein fließt. Der Hinleiter 128 kann ein Zuleiter sein.
Die Wechselstromquelle und/oder die Wechselspannungsquelle 126 sind eingerichtet einen Wechselstrom in der jeweiligen Rohrleitung 112 und/oder dem jeweiligen Rohrleitungssegment 114 zu erzeugen. Der erzeugte Wechselstrom kann die jeweilige Rohrleitung 112 und/oder das jeweilige Rohrleitungssegment 114 durch Joulesche Wärme, die bei Durchgang des elektri schen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmen. Das Erwärmen der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrleitungssegments 114 kann eine Änderung einer Temperatur der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrleitungssegments 114 umfassen, ins besondere einen Anstieg der Temperatur der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrleitungsseg ments 114. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle 126 ist derart mit der Rohrleitung 112 und/oder dem Rohrleitungssegment 114 elektrisch leitend verbunden, dass der erzeugte Wech selstrom über den Hinleiter 128 in die Rohrleitung 112 und/oder das Rohrleitungssegment 114 hereinfließt und über einen Rückleiter 130 zur Wechselstrom und/oder Wechselspannungs quelle 126 zurückfließt. Der Rückleiter 130 kann eingerichtet sein, den Wechselstrom nach Durchfließen von der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrleitungssegments 114 wegzuleiten, insbesondere zu der Wechselstromquelle oder der Wechselspannungsquelle 126.
Die Einrichtung kann eine Mehrzahl von einphasigen Wechselstrom- oder einphasigen Wech selspannungsquellen 126 aufweisen, beispielsweise wie in Figur 1c exemplarisch gezeigt drei.
Jeder der Rohrleitungen 112 und/oder für jedes Rohrleitungssegment 114 kann je eine Wech selstrom- und/oder Wechselspannungsquelle 126 zugeordnet sein, welche mit der jeweiligen Rohrleitung 112 und/oder mit dem jeweiligen Rohrleitungssegment 114 verbunden ist, insbe sondere elektrisch über mindestens eine elektrische Verbindung.
Zur Verbindung der einphasigen Wechselstrom- oder einphasigen Wechselspannungsquellen 126 und den jeweiligen Rohrleitungen 112 und/oder mit den jeweiligen Rohrleitungssegmenten 114 kann die Einrichtung 110 zwei bis N Hinleiter 128 und zwei bis N Rückleiter 130 aufweisen, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die jeweilige einphasige Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle 126 kann dazu eingerichtet sein einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung 112 und/oder in dem jeweiligen Rohrleitungssegment 114 zu erzeu gen.
Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen 126 können entweder geregelt oder ungeregelt sein. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen 126 können mit oder ohne Regelungsmöglichkeit mindestens einer elektrischen Ausgangsgröße ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Einrichtung mindestens einen Regler 127 aufweisen. Der Regler kann beispielsweise ein außenliegender Regler, also außerhalb des Reaktionsraums angeordneter Regler 127 sein. Die Einrichtung 110 kann 2 bis M verschiedene Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen 126 aufweisen, wobei M eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen 126 können unabhängig voneinan der elektrisch regelbar sein. So kann beispielsweise ein verschiedener Strom in den jeweiligen Rohrleitungen 112 und/oder in den jeweiligen Rohrleitungssegmenten 114 erzeugt und ver schiedene Temperaturen in den Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 er reicht werden.
Figuren 4a bis 4c zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung 110 zum Erhitzen eines Fluides, wobei in den Ausführungsbei spielen der Figuren 4a bis 4c weiterhin jeweils ein Reaktivraum 111 , auch als Reaktionsraum bezeichnet, der Einrichtung 110 dargestellt ist. Hinsichtlich der weiteren Elemente der Figur 4a kann auf die Beschreibung der Figur 1a verwiesen werden. Hinsichtlich der weiteren Elemente der Figur 4b kann auf die Beschreibung der Figur 1 b verwiesen werden. Hinsichtlich der weiteren Elemente der Figur 4c kann auf die Beschreibung der Figur 1c verwiesen werden.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung 110. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Einrichtung wird auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen mit folgenden Besonderheiten. In dieser Ausführungsform weist die Einrichtung 110 eine Rohrleitung 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 mit drei Schenkeln oder Windungen auf, welche fluidisch verbunden sind. Die Einrichtung weist den Einlass 120 und den Auslass 122 auf. Das Fluid kann die Rohrleitung 112 und/oder die Rohrleitungssegmente 114 von dem Einlass 120 zu dem Aus lass 122 seriell durchströmen. Zur galvanischen T rennung kann die Einrichtung 110 die Isolatoren 124 aufweisen, beispielsweise wie in Figur 2 gezeigt zwei Isolatoren 124. In dieser Ausführungs form weist die Einrichtung 110 eine einphasige Wechselstrom- und/oder einphasige Wechsel spannungsquelle 126 auf. Zur Verbindung der einphasigen Wechselstrom- und/oder einphasigen Wechselspannungsquelle 126 und der Rohrleitung 112 und/oder mit dem jeweiligen Rohrlei tungssegment 114 kann die Einrichtung 110 einen Hinleiter 128 und einen Rückleiter 130 aufwei sen.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemä ßen Einrichtung 110 zum Erhitzen eines Fluides, wobei in dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 weiterhin jeweils ein Reaktivraum 111 der Einrichtung 110 dargestellt ist. Fl insichtlich der weiteren Elemente der Figur 5 kann auf die Beschreibung der Figur 2 verwiesen werden.
In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1a und 1c sind die Rohrleitungen 112 seriell angeord net. Figuren 3a und 3b zeigen Ausführungsformen mit parallel geschalteten Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114, in Figur 3a mit zwei parallelen Rohrleitung 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 und in Figur 3b mit 3 parallelen Rohrleitungen 112 und/oder Rohr leitungssegmenten 114. Auch andere Anzahlen von parallelen Rohrleitungen 112 und/oder Rohr leitungssegmenten 114 sind denkbar. In den Figuren 3a und 3b weist die Einrichtung 110 einen Einlass 120 und einen Auslass 122 auf. Die Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 können derart zueinander verschaltet sein, dass das Fluid mindestens zwei Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 parallel durchströmen kann. Die parallel geschalteten Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 können zueinander verschiedene Geo metrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen. Beispielsweise können die paral lel geschalteten Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 verschiedenen Anzah len von Schenkeln oder Windungen aufweisen.
Figuren 6a und 6b zeigen eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfin dungsgemäßen Einrichtung 110 zum Erhitzen eines Fluides, wobei in den Ausführungsbeispielen der Figuren 6a und 6b weiterhin jeweils ein Reaktivraum 111 der Einrichtung 110 dargestellt ist. Hinsichtlich der weiteren Elemente der Figur 6a kann auf die Beschreibung der Figur 3a verwie sen werden. Hinsichtlich der weiteren Elemente der Figur 6b kann auf die Beschreibung der Figur 3b verwiesen werden. Hinsichtlich Figuren 6c und 6e kann auf die Beschreibung der Figur 6A verwiesen werden. In den Ausführungsformen der Figuren 6c und 6e teilen sich die Rohrleitung 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 eine gemeinsame Wechselstrom- und/oder Wechsel spannungsquelle 126. In der Ausführungsform der Figur 6e weist die Einrichtung zusätzlich einen Regler 127 auf. Der Regler 127 kann eingerichtet sein, die Ausgangsgröße der Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle 126 zu regeln, so dass die Rohrleitung 112 und/oder Rohr leitungssegmente 114 regelbare Temperaturen, insbesondere verschiedene Temperaturen, auf weisen können. Hinsichtlich Figuren 6d und 6f kann auf die Beschreibung der Figur 6b verwiesen werden. In den Ausführungsformen der Figuren 6d und 6f teilen sich die Rohrleitung 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 eine gemeinsame Wechselstrom- und/oder Wechselspannungs quelle 126. In der Ausführungsform der Figur 6f weist die Einrichtung zusätzlich einen Regler 127 auf.
Die Einrichtung 110 kann symmetrische und/oder unsymmetrische Rohre und/oder Kombinatio nen davon aufweisen. Bei einer rein symmetrischen Ausgestaltung kann die Einrichtung 110 Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 von einem identischen Rohrtyp aufwei sen. Die Einrichtung 110 kann eine beliebige Kombination von Rohrtypen aufweisen, welche beispielsweise zudem beliebig parallel oder in Reihe verschaltet sein können. Der Rohrtyp kann mindestens durch ein Merkmal charakterisiert werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer horizontalen Ausgestaltung der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrleitungssegments 114; einer vertikalen Ausgestaltung der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrleitungssegments 114; einer Länge im Eintritt (L1) und/oder Austritt (L2) und/oder Übergang (L3); einem Durch messer im Eintritt (d1) und Austritt (d2) und/oder Übergang (d3); Anzahl n von Pässen; Länge pro Pass; Durchmesser pro Pass; Geometrie; Oberfläche; und Material. Alternativ oder zusätz lich kann der Rohrtyp ausgewählt sein aus mindestens einer Rohrleitung 112 und/oder mindes tens eines Rohrleitungssegments 114 mit oder ohne galvanische Trennung und/oder Erdung 125. Die galvanische Trennung kann beispielsweise unter Verwendung eines Isolators 124 aus gestaltet sein. Beispielsweise kann eine galvanische Trennung am Einlass 120 der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegments 114 und eine galvanische Trennung am Auslass 122 der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegments 114 vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine galvanische Trennung am Einlass 120 der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegments 114 und eine Erdung 125 am Auslass 122 der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegments 114 vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine galvanische Trennung nur am Einlass 120 der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegments 114 vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Erdung 125 nur am Einlass 120 der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegments 114 vorgese hen sein. Beispielsweise kann die Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegments 114 ohne Er dung 125 am Einlass 120 und Auslass 122 und/oder ohne galvanische Trennung am Einlass 120 und Auslass 122 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Rohrtyp durch eine Flussrichtung des Fluids charakterisiert sein. Das Fluid kann grundsätzlich in zwei Flussrichtun gen, als erste und als zweite Flussrichtung bezeichnet, fließen. Die erste und die zweite Fluss richtung können entgegengesetzt sein.
Alternativ oder zusätzlich kann der Rohrtyp durch eine Beaufschlagung der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegmentes 114 mit Wechselstrom charakterisiert sein. Beispielsweise kann ein Hinleiter 128 mittig an die Rohrleitung 112 und/oder das Rohrsegment 114 angeschlossen werden. An den Anfängen oder Enden der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegmentes 114 können die Rückleiter 130 angeschlossen werden. Beispielsweise kann der Hinleiter 128 am Anfang der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegmentes 114 und der Rückleiter 130 am Ende der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegmentes 114 angeschlossen werden.
Eine beliebige Kombination der Rohrtypen ist dabei möglich.
Figuren 7Ai bis Civ zeigen exemplarisch mögliche Ausführungsformen von Rohrtypen in sche matischer Darstellung. Dabei ist in den Figuren 7A1 bis Civ jeweils der Rohrtyp angegeben. Dieser kann in die folgenden Kategorien eingeteilt werden, wobei alle denkbaren Kombination der Kategorien möglich sind:
Kategorie A gibt einen Verlauf der Rohrleitung 112 und/oder eines Rohrleitungsseg ments 114 an, wobei A1 einen Rohrtyp mit horizontalem Verlauf und A2 einen Rohrtyp mit vertikalem, also einem zu dem horizontalen Verlauf senkrechten Verlauf, kennzeich net.
Kategorie B gibt ein Verhältnis von Längen im Eintritt (L1) und/oder Austritt (L2) und/o der Durchmesser im Eintritt (d1) und/oder Austritt (d2) und/oder Übergang (d3) an, wo bei in dem Baukasten 138 sechs verschiedene Kombinationsmöglichkeiten aufgeführt sind.
Kategorie C gibt Verhältnisse von Längen im Eintritt (L1 ) und/oder Austritt (L2) und Län gen von Pässen an. Hier sind sämtliche Kommutationen denkbar, welche vorliegend mit Ci gekennzeichnet werden.
Kategorie D gibt an, ob das die mindestens eine Rohrleitung 112 und/oder das mindes tens eine Rohrleitungssegments 114 mit oder ohne galvanische Trennung und/oder Er dung 125 ausgestaltet ist. Die galvanische Trennung kann beispielsweise unter Verwen dung eines Isolators 124 ausgestaltet sein. D1 bezeichnet einen Rohrtyp, bei welchem eine galvanische Trennung am Einlass 120 der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrseg ments 114 und eine galvanische Trennung am Auslass 122 der Rohrleitung 112 und/o der des Rohrsegments 114 vorgesehen ist. D2 bezeichnet einen Rohrtyp, bei welchem eine galvanische Trennung am Einlass 120 der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrseg ments 114 und eine Erdung 125 am Auslass 122 der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegments 114 vorgesehen ist. D3 bezeichnet einen Rohrtyp, bei welchem eine gal vanische Trennung nur am Einlass 120 der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrseg ments 114 vorgesehen ist. D4 bezeichnet einen Rohrtyp, bei welchem eine Erdung 125 nur am Einlass 120 der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegments 114 vorgesehen ist. D5 bezeichnet einen Rohrtyp, bei welchem die Rohrleitung 112 und/oder das Rohrsegments 114 ohne Erdung 125 am Einlass 120 und Auslass 122 und/oder ohne galvanische Trennung am Einlass 120 und Auslass 122 vorgesehen ist.
Kategorie E gibt eine Flussrichtung des Fluids an. Das Fluid kann grundsätzlich in zwei Flussrichtungen fließen. Ein Rohrtyp, bei welchem das Fluid in eine erste Flussrichtung fließt wird als Rohrtyp E1 bezeichnet, und ein Rohrtyp, bei welchem das Fluid in eine zweite Flussrichtung fließt wird als Rohrtyp E2 bezeichnet. Die erste und die zweite Flussrichtung können entgegengesetzt sein.
Kategorie F kennzeichnet eine Beaufschlagung der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegmentes 114 mit Wechselstrom. F1 bezeichnet dabei einen Anschluß eines Hin leiter 128 mittig an der Rohrleitung 112 und/oder an dem Rohrsegment 114, wobei an den Anfängen oder Enden der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegmentes 114 die Rückleiter 130 angeschlossen. F2 bezeichnet einen Anschluß des Hinleiters 128 am An fang der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegmentes 114 und des Rückleiters 130 am Ende der Rohrleitung 112 und/oder des Rohrsegmentes 114.
In Figur 7Ai ist eine Rohrleitung 112 und/oderein Rohrleitungssegment 114 vom Rohrtyp A1 D1 F2 gezeigt. Die Rohrleitung 112 und/oder das Rohrleitungssegment 114 weist einen horizontalen Verlauf aufweist. Die Einrichtung 110 weist in dieser Ausführungsform zwei Isolatoren 124 auf, welche nach dem Einlass 120 und vor dem Auslass 122 angeordnet sind. Hinsichtlich der weite ren Elemente der Figur 7Ai kann auf die Beschreibung der Figur 4a verwiesen werden. In Figur 7 Ai sind mögliche Flussrichtungen Ei exemplarisch mit einem Doppelpfeil an Einlass 120 und Auslass 122 dargestellt. In den weiteren Figuren 7 werden Einlass 120 und Auslass 122 gemein sam bezeichnet. Das Ausführungsbeispiel in Figur 7Aii zeigt einen Rohrtyp A1 D2F2 und unter scheidet sich von Figur 7Ai darin, dass die Einrichtung 110 nur einen Isolator 124 aufweist, wobei statt des zweiten Isolators eine Erdung 125 vorgesehen ist. Das Ausführungsbeispiel in Figur 7Aiii zeigt einen Rohrtyp A1 D3F2 und unterscheidet sich von Figur 7Aii darin, dass keine Erdung 125 vorgesehen ist. In Figur 7Aiv, Rohrtyp A1 D4F2, weist die Einrichtung 110, im Vergleich zu Figur 7Aiii, anstatt des Isolators nur eine Erdung 125 auf. Auch Ausführungsformen ohne Isola toren 124 oder Erdungen 125 sind möglich, wie in Figur 7Av, Rohrtyp A1 D5F2, dargestellt. Figu ren 7Ai bis 7Avi zeigen Rohrtypen, bei welchen eine Einspeisung des Wechselstroms über einen Anschluss des Hinleiters 128 am Anfang der Rohrleitung 112 und/oder dem Rohrsegment 114 erfolgt. Figur 7Avi zeigt einen Rohrtyp A1 F1 , bei welchem eine Einspeisung des Wechselstroms mittig an der Rohrleitung 112 und/oder an dem Rohrsegment 114 erfolgt.
In Figur 7Bi, Rohrtyp BiD1 F2, sind Längen im Eintritt (L1), Austritt (L2) und Übergang (L3) so wie Durchmesser im Eintritt (d1), Austritt (d2) und Übergang (d3) dargestellt. Die Einrichtung 110 kann Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 mit verschiedenen Längen im Ein tritt (L1) und/oder Austritt (L2) und/oder Übergang (L3) und/oder Durchmesser im Eintritt (d1) und/oder Austritt (d2) und/oder Übergang (d3) aufweisen. Hinsichtlich der weiteren Elemente der Figur 7Bi kann auf die Beschreibung der Figur 4a verwiesen werden. Das Ausführungsbeispiel in Figur 7Bii zeigt einen Rohrtyp BiD2F2 und unterscheidet sich von Figur 7Bi darin, dass die Ein richtung 110 nur einen Isolator 124 aufweist, wobei statt des zweiten Isolators eine Erdung 125 vorgesehen ist. Das Ausführungsbeispiel in Figur 7Biii zeigt einen Rohrtyp BiD3F2 und unter scheidet sich von Figur 7Bii darin, dass keine Erdung 125 vorgesehen ist. In Figur 7Biv, Rohrtyp BiD4F2, weist die Einrichtung 110, im Vergleich zu Figur 7Biii, anstatt des Isolators nur eine Er dung 125 auf. Auch Ausführungsformen ohne Isolatoren 124 oder Erdungen 125 sind möglich, wie in Figur 7Bv, Rohrtyp BiD5F2, dargestellt. Figuren 7Bi bis 7Bvi zeigen Rohrtypen, bei welchen eine Einspeisung des Wechselstroms über einen Anschluss des Hinleiters 128 am Anfangder Rohrleitung 112 und/oder dem Rohrsegment 114 erfolgt. Figur 7Bvi zeigt einen Rohrtyp BiF1 , bei welchem eine Einspeisung des Wechselstroms mittig an der Rohrleitung 112 und/oder an dem Rohrsegments 114 erfolgt.
Figur 7Ci, Rohrtyp CiD1 F2, zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welcher die Einrichtung 110 Rohr leitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 mit einer Mehrzahl n von Pässen aufweist, beispielsweise wie hier dargestellt drei. Die Pässe können jeweils verschiedenen Längen L3, L4, L5 und/oder Durchmesser d3, d4, d5 aufweisen. Hinsichtlich der weiteren Elemente der Figur 7Ci kann auf die Beschreibung der Figur 5 verwiesen werden. Das Ausführungsbeispiel in Figur 7Cii zeigt einen Rohrtyp CiD2F2 und unterscheidet sich von Figur 7Ci darin, dass die Einrichtung 110 nur einen Isolator 124 aufweist, wobei statt des zweiten Isolators eine Erdung 125 vorgesehen ist. Das Ausführungsbeispiel in Figur 7Ciii zeigt einen Rohrtyp CiD3F2 und unterscheidet sich von Figur 7Cii darin, dass keine Erdung 125 vorgesehen ist. In Figur 7Civ, Rohrtyp CiD4F2, weist die Einrichtung 110, im Vergleich zu Figur 7Ciii, anstatt des Isolators nur eine Erdung 125 auf. Auch Ausführungsformen ohne Isolatoren 124 oder Erdungen 125 sind möglich, wie in Figur 7Cv, Rohrtyp CiD5F2, dargestellt. Figuren 7Ci bis 7Cvi zeigen Rohrtypen, bei welchen eine Einspei sung des Wechselstroms übereinen Anschluss des Hinleiters 128 am Anfangder Rohrleitung 112 und/oder dem Rohrsegment 114 erfolgt. Figur 7Cvi zeigt einen Rohrtyp CiF1 , bei welchem eine Einspeisung des Wechselstroms mittig an der Rohrleitung 112 und/oder an dem Rohrsegment 114.
Die Einrichtung 110 kann eine Kombination von mindestens zwei verschiedenen Rohrtypen auf weisen, welche parallel und/oder in Reihe verschaltet sind. Beispielsweise kann die Einrichtung 110 Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 von unterschiedlichen Längen im Eintritt (L1) und/oder Austritt (L2) und/oder Übergang (L3) aufweisen. Beispielsweise kann die Einrichtung Rohrleitungen und/oder Rohrleitungssegmente mit einer Asymmetrie der Durchmes ser im Eintritt (d1) und/oder Austritt (d2) und/oder Übergang (d3) aufweisen. Beispielsweise kann die Einrichtung 110 Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 mit einer unter schiedlichen Anzahl von Pässen aufweisen. Beispielsweise kann die Einrichtung 110 Rohrleitun gen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 mit Pässen mit unterschiedlichen Längen pro Pass und/oder unterschiedlichem Durchmesser pro Pass aufweisen.
Grundsätzlich sind beliebige Kombinationen parallel und/oder in Reihe von allen Rohrtypen denk bar. Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 können in verschiedenen Rohrtypen in Form eines Baukastens 138 vorliegen und abhängig von einem Verwendungszweck ausge wählt und beliebig kombiniert werden. Figur 8a zeigt eine Ausführungsform eines Baukastens 138 mit verschiedenen Rohrtypen. Figuren 8b bis y zeigen erfindungsgemäße Ausführungsbei spiele von Kombinationen von Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 vom glei chen und/oder verschiedenen Rohrtyp an. Figur 8b zeigt ein Ausführungsbeispiel mit drei hori zontalen Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 vom Rohrtyp A1 , welche nach einander angeordnet sind. Figur 8c zeigt zwei parallel geschaltete, vertikale Rohre vom Rohrtyp A2 und eine nachgeschaltete Rohrleitung 112 und/oder ein nachgeschaltetes Rohrleitungsseg ment 114 ebenfalls vom Rohrtyp A2. In Figur 8d sind eine Mehrzahl von Rohrleitungen 112 und/o der Rohrleitungssegmenten 114 vom Rohrtyp A2 gezeigt, welche sämtlich parallelgeschaltet sind. In Figur 8e ist eine Ausführungsformgezeigt, in welcher eine Mehrzahl von Rohrtypen der Kategorie B nacheinander angeordnet sind. Die Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungsseg mente 114 können hierbei identische oder verschiedene Rohrtypen der Kategorie B sein, welches mit Bi gekennzeichnet ist. Figur 8f zeigt eine Ausführungsform mit sechs Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorie B, wobei in zwei parallelen Strängen jeweils zwei Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 angeordnet sind und zwei weitere Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 nachgeschaltet sind. Figur 8g zeigt eine Ausführungsform mit Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorie C, wobei zwei Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 parallelgeschaltet und eine Rohrleitung 112 und/oder ein Rohrleitungssegment 114 nachgeschaltet ist. Auch Mischformen der Kategorien A, B und C sind möglich, wie in den Figuren 8h bis m gezeigt ist. Die Einrichtung 110 kann eine Mehrzahl von Feed-Einlässen und/oder Feed-Auslässen und/oder Produktions- strömen aufweisen. Die Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 von verschiede nem oder identischem Rohrtyp können parallel und/oder in Reihe mit mehreren Feed-Einlässen und/oder Feed-Auslässen angeordnet sein, wie beispielsweise in den Figuren 8k und 8m darge stellt ist.
Figuren 8n bis 8p zeigen beispielhafte Kombination von Rohrleitungen 112 und/oder von Rohr leitungssegmenten 114 der Kategorien A, D und F. Figuren 8q und 8r zeigen beispielhafte Kom bination von Rohrleitungen 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorien B, D und F. Figur 8s zeigt eine beispielshafte Kombination von Rohrleitungen 112 und/oder von Rohr leitungssegmenten 114 der Kategorien C, D und F. Figur 8t zeigt eine beispielshafte Kombination von Rohrleitungen 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorien A, D und F. Figur 8u zeigt eine beispielshafte Kombination von Rohrleitungen 112 und/oder von Rohrleitungs segmenten 114 der Kategorien A, C, D und F. Figur 8v zeigt eine beispielshafte Kombination von Rohrleitungen 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorien B, C, D und F. Figur 8w und 8y zeigen beispielshafte Kombinationen von Rohrleitungen 112 und/oder von Rohrlei tungssegmenten 114 der Kategorien A, B, C, D und F. Figur 8x zeigt eine beispielshafte Kombi nation von Rohrleitungen 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorien A, B, D und F. Die Einrichtung 110 kann eine Mehrzahl von Feed-Einlässen und/oder Feed-Auslässen und/oder Produktionsströmen aufweisen. Die Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 von verschiedenem oder identischem Rohrtyp der Kategorien A, B, C, D, E und F können parallel und/oder in Reihe mit mehreren Feed-Einlässen und/oder Feed-Auslässen angeordnet sein. Beispiele für eine Mehrzahl von Feed-Einlässen und/oder Feed-Auslässen und/oder Pro duktionsströmen sind in den Figuren 8o, 8p, 8r, 8s, 8v bis 8y dargestellt.
Durch eine Verwendung von Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 von ver schiedenen Rohrtypen kann eine genauere Temperaturführung, und/oder eine Anpassung der Reaktion bei schwankendem Feed und/oder eine selektive Ausbeute der Reaktion und/oder eine optimierte Verfahrenstechnik ermöglicht werden.
Bezugszeichenliste
110 Einrichtung
111 Reaktivraum
112 Rohrleitung
114 Rohrleitungssegment
118 Rohrsystem
120 Einlass
122 Auslass
124 Isolator
125 Erdung
126 Einphasige Wechselstrom- und/oder Wechselspan nungsquelle
127 Regler
128 Hinleiter
130 Rückleiter
132 Heizdraht
134 Erste Rohrleitung
136 Zweite Rohrleitung
138 Baukasten

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung (110) zum Erhitzen eines Fluides umfassend
- mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung (112) und/oder mindestens ein elektrisch leitfähiges Rohrleitungssegment (114) zur Aufnahme des Fluides, und
- mindestens eine einphasige Wechselstrom- und/oder mindestens eine einphasige Wechselspannungsquelle (126), wobei jeder Rohrleitung (112) und/oder jedem Rohrlei tungssegment (114) je eine einphasige Wechselstrom- und/oder eine einphasige Wech selspannungsquelle (126) zugeordnet ist, welche mit der jeweiligen Rohrleitung (112) und/oder mit dem jeweiligen Rohrleitungssegment (114) verbunden ist, wobei die jewei lige einphasige Wechselstrom- und/oder einphasige Wechselspannungsquelle (126) dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung (112) und/oder in dem jeweiligen Rohrleitungssegment (114) zu erzeugen, welcher die jeweilige Rohrleitung (112) und/oder das jeweilige Rohrleitungssegment (114) durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Er hitzen des Fluides erwärmt, wobei die einphasige Wechselstrom- und/oder die einphasige Wechselspannungsquelle (126) derart mit der Rohrleitung (112) und/oder dem Rohrlei tungssegment (114) elektrisch leitend verbunden ist, dass der erzeugte Wechselstrom über einen Hinleiter (128) in die Rohrleitung (112) und/oder das Rohrleitungssegment (114) herein fließt und über einen Rückleiter (130) zur Wechselstrom- und/oder Wechsel spannungsquelle (126) zurückfließt, wobei die Einrichtung (110) eine Mehrzahl von Rohrleitungen (112) und/oder Rohrlei tungssegmenten (114) aufweist, wobei die Rohrleitungen (112) und/oder Rohrleitungsseg mente (114) durchverbunden sind und somit ein Rohrsystem zur Aufnahme des Fluides bilden, wobei die Rohrleitungen (112) und/oder Rohrleitungssegmente (114) und entspre chend zu- und abführenden Rohrleitungen miteinander fluidleitend verbunden sind, wobei die Rohrleitungen (112) und/oder Rohrleitungssegmente (114) und die zu- und abführen den Rohrleitungen (112) galvanisch voneinander getrennt sind.
2. Einrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (110) L Rohrleitungen (112) und/oder Rohrleitungssegmente (114) auf weist, wobei L eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist, wobei die Rohrleitungen (112) und/oder Rohrleitungssegmente (114) symmetrische oder unsymmetrische Rohre und/oder eine Kombination davon aufweisen.
3. Einrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (110) Isolatoren (124) aufweist, welche eingerichtet sind zur galvani schen Trennung zwischen den jeweiligen Rohrleitungen (112) und/oder Rohrleitungsseg menten (114) und den zu- und abführenden Rohrleitungen, wobei die Isolatoren (124) ein gerichtet sind, um einen freien Durchfluss des Fluides sicherzustellen.
4. Einrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere oder sämtliche der Rohrleitungen (112) und/oder Rohrleitungssegmente (112) seriell und/oder parallel konfiguriert sind.
5. Einrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (110) eine Mehrzahl von einphasigen Wechselstrom- oder einphasi gen Wechselspannungsquellen (126) aufweist, wobei die einphasigen Wechselstrom- o- der einphasigen Wechselspannungsquellen (126) mit oder ohne Regelungsmöglichkeit mindestens einer elektrischen Ausgangsgröße ausgestaltet sind.
6. Einrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (110) zur Verbindung der einphasigen Wechselstrom- oder einphasigen Wechselspannungsquellen (126) und den jeweiligen Rohrleitungen (112) und/oder mit den jeweiligen Rohrleitungssegmenten (114) 2 bis N Hinleiter (128) und 2 bis N Rückleiter (130) aufweist, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist.
7. Einrichtung (110) nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die jeweiligen einphasigen Wechselstrom- oder einphasigen Wechselspan nungsquellen (126) identisch oder verschieden ausgestaltet sind.
8. Einrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (110) 2 bis M verschiedene einphasige Wechselstrom- und/oder einpha sige Wechselspannungsquellen (126) aufweist, wobei M eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist, wobei die einphasigen Wechselstrom- und/oder einphasigen Wechselspan nungsquellen (126) unabhängig voneinander elektrisch regelbar sind.
9. Anlage umfassend mindestens eine Einrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Steameracker, einem Steamrefor- mer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einer Vorrichtung zum Trockenreforming.
11. Verfahren zum Erhitzen eines Fluides unter Verwendung einer Einrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden, eine Einrichtung betreffenden Ansprüche, wobei das Verfah ren die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen mindestens einer elektrisch leitfähigen Rohrleitung (112) und/oder mindes tens eines elektrisch leitfähigen Rohrleitungssegments (114) zur Aufnahme des Fluides;
- Aufnahme des Fluides in die Rohrleitung (112) und/oder das Rohrleitungssegment (114);
- Bereitstellen mindestens einer einphasigen Wechselstrom- und/oder mindestens einer einphasigen Wechselspannungsquelle (126), wobei jeder Rohrleitung (112) und/oder je- dem Rohrleitungssegment (114) je eine einphasige Wechselstrom- und/oder eine einpha sige Wechselspannungsquelle (126) zugeordnet ist, welche mit der jeweiligen Rohrleitung (112) und/oder mit dem jeweiligen Rohrleitungssegment (114) verbunden ist,
- Erzeugen eines elektrischen Stroms in der jeweiligen Rohrleitung (112) und/oder in dem jeweiligen Rohrleitungssegment (114) durch die jeweilige einphasige Wechselstrom- und/oder einphasige Wechselspannungsquelle (126), welcher die jeweilige Rohrleitung (112) und/oder das jeweilige Rohrleitungssegment (114) durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Er hitzen des Fluides erwärmt, wobei die einphasige Wechselstrom- und/oder die einphasige Wechselspannungsquelle (126) derart mit der Rohrleitung (112) und/oder dem Rohrlei tungssegment (114) elektrisch leitend verbunden ist, dass der erzeugte Wechselstrom über einen Hinleiter (128) in die Rohrleitung (112) und/oder das Rohrleitungssegment (114) herein fließt und über einen Rückleiter (130) zur Wechselstrom- und/oder Wechsel spannungsquelle (126) zurückfließt.
12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid ein thermisch zu spaltender Kohlenwasserstoff, insbesondere ein thermisch zu spaltendes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, erhitzt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden, ein Verfahren betreffenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid Wasser oder Wasserdampf erhitzt wird, wobei je nes Wasser oder jener Wasserdampf insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von 550°C bis 700°C erhitzt wird, und das Fluid zusätzlich einen thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Gemisch aus thermisch zu spaltenden Kohlenwas serstoffen, aufweist, wobei das zu erhitzende Fluid ein vorgewärmtes Gemisch aus ther misch zu spaltenden Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden, ein Verfahren betreffenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid Verbrennungsluft eines Reformerofens vorge wärmt wird, beispielsweise auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 800 °C, bevor zugt 400 °C bis 700 °C.
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