EP4475987A1 - Rückgewinnung der energie - Google Patents

Rückgewinnung der energie

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EP4475987A1
EP4475987A1 EP23703074.7A EP23703074A EP4475987A1 EP 4475987 A1 EP4475987 A1 EP 4475987A1 EP 23703074 A EP23703074 A EP 23703074A EP 4475987 A1 EP4475987 A1 EP 4475987A1
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EP
European Patent Office
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reaction tube
reaction
tube
tubes
term
Prior art date
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Pending
Application number
EP23703074.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kiara Aenne KOCHENDOERFER
Eric Jenne
Andrey Shustov
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F01N5/025—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
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    • B01J19/2425—Tubular reactors in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2013—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
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    • B01J2219/00087—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements outside the reactor
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    • B01J2219/00132—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2219/00137—Peltier cooling elements

Definitions

  • the invention relates to a device comprising a plurality of hollow cylindrical tubes, a system and a method for recovering electrical energy.
  • the device can be part of a plant, for example a plant for carrying out at least one endothermic reaction, a heating plant, a preheating plant, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a device for styrene production, an ethylbenzene dehydrogenation apparatus, a cracker, a catalytic cracker, production of acetylene and a dehydrogenation apparatus.
  • the device can be used in particular for heating feedstock to a temperature in the range from 200°C to 1700°C, preferably from 300°C to 1400°C, particularly preferably from 400°C to 875°C.
  • other areas of application are also conceivable.
  • measurements can be taken at several points in the reaction tube in order to determine and adjust the temperature over the length of the reaction tube for optimal process control.
  • the temperature can be controlled via at least one control element. This can, for example, switch off the current or voltage supply in the event of a so-called hotspot. If the temperature is too low, the controller can increase the current or voltage supply.
  • the temperature sensor can be connected to the controller with a radio link or a fixed link.
  • the regulation can be connected to the current or voltage source with a radio link or a fixed connection. Temperature measurement and control can be possible in the so-called "closed-loop mode" using built-in temperature sensors and current and/or voltage control.
  • the energy recovery enclosure has at least one thermoelectric generator (TEG), which is set up to convert heat into electrical energy.
  • TEG thermoelectric generator
  • the term "convert” as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term may refer particularly, without limitation, to thermoelectric energy conversion.
  • the heat can be converted into energy at least partially.
  • the TEG can have an efficiency of 5-10%.
  • the energy recovery enclosure may include a plurality of thermoelectric modules.
  • module as used herein is thus also a broad term that should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. In particular, the term may refer, without limitation, to a multi-part embodiment of the energy recovery enclosure.
  • the TEG can be flat or ring-shaped, as for example in Mengjun Zhang et al., "Performance comparison of annular and flat-plate thermoelectric generators for cylindrical hot source", https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.01 .008, 2352-4847/2021 published by Elsevier Ltd. described.
  • the geometry and/or modularity of the TEG can depend on the geometry of the reaction tube and/or on an expected temperature difference.
  • the reaction tube and the energy recovery shell may be arranged concentrically.
  • the reaction tube may be an inner tube and the energy recovery envelope may be placed further outside.
  • the energy recovery envelope may be an outer envelope of the device.
  • the device can additionally have an outer casing which at least partially encloses all the tubes of the device.
  • the device can have at least one energy store for receiving the electrical energy from the energy recovery casing and/or at least one supply line to a consumer for supplying the electrical energy from the energy recovery casing.
  • the recording can be complete or at least partial. Recording may include storing.
  • the recording can include a conversion of the electrical energy into another form of energy.
  • the load may be one or more of a charging station, a light, another reactor, or any other load. Examples are heat exchangers, heat exchangers, energy stores, batteries or accumulators.
  • the captured energy can be used to heat the reaction tube from which the energy was recovered or another reaction tube. Other uses of the recovered energy are also conceivable.
  • the TEG can be designed in such a way that the electrical energy can be drawn directly.
  • the device can therefore be designed in such a way that the temperature directly at the TEG is neither too hot nor too cold.
  • the material used in the TEG can be stable over a range of temperatures, particularly at temperatures to which the feedstock is heated.
  • the device can have further elements to protect the TEG, for example for cooling or pre-cooling.
  • the temperature can be adjusted in this way.
  • the device can have at least one cooling cover which is set up to at least partially enclose the energy recovery cover.
  • the cooling jacket can be configured to cool to room temperature or lower.
  • the term "cooling jacket” as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning.
  • the term can, without limitation, relate in particular to a casing which is set up to adjust a temperature difference to a temperature of the reaction tube, in particular a jacket of the reaction tube, for example to a predetermined value.
  • the cooling jacket can have at least one cooling medium.
  • outer wrap as used herein is a broad term which should be given its ordinary and current meaning as understood by those skilled in the art. The term is not limited to any specific or adapted meaning. The term may refer particularly, without limitation, to an outermost envelope of the device which, particularly in a concentric arrangement.
  • the outer casing can accommodate all of the elements of the device, in particular all of the tubes.
  • the outer casing can be designed as a housing.
  • the outer casing can be set up both to galvanically isolate the device.
  • the outer casing can have a heat-insulating effect and can at least partially reduce heat loss to the outside.
  • the outer casing can surround at least a partial area along the heating casing, for example on at least one particularly heat-sensitive and/or heat-sensitive outer surrounding area.
  • the outer casing can be designed with a specific electrical resistance and thermal conductivity like the galvanic insulator described above between the reaction tube and the heating casing.
  • a system comprising a device according to the invention is proposed within the scope of the present invention.
  • the system is selected from the group consisting of: a system for carrying out at least one endothermic reaction, a system for heating, a system for preheating, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a Styrene production apparatus, ethylbenzene dehydrogenation apparatus, production of, acetylene, a cracker, a catalytic cracker, a dehydrogenation apparatus.
  • a method for recovering electrical energy using a device according to the invention is proposed within the scope of the present invention.
  • the procedure includes the following steps:
  • thermoelectric generator of the energy recovery envelope
  • the method can also have a storage step, in which the electrical energy is stored in at least one energy store and/or is supplied to a consumer.
  • Embodiment 1 Device comprising a plurality of tubes, wherein at least one of the tubes is set up as a reaction tube for flow of at least one feedstock, wherein the device has at least one energy recovery casing at least partially enclosing the reaction tube, wherein the energy recovery casing has at least one thermoelectric generator, which is set up to convert heat into electrical energy.
  • Embodiment 2 Device characterized in that the energy recovery casing is set up to convert heat generated in an exothermic reaction in the reaction tube into electrical energy.
  • Embodiment 3 Device characterized in that the exothermic reaction takes place during decoking and/or oxidation of deposits of the reaction tube.
  • Embodiment 4 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the energy recovery casing has at least one material with a thermoelectric quality value ZT of >0.5, preferably >0.8, particularly preferably >1.
  • Pb-Te lead tellurium
  • the energy recovery casing comprises at least one material selected from the group consisting of: lead tellurium (Pb-Te), at least one
  • Embodiment 6 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the energy recovery enclosure comprises a plurality of thermoelectric modules.
  • Embodiment 7 An apparatus according to any one of the preceding embodiments, characterized in that the reaction tube and the energy recovery jacket are arranged concentrically, wherein the reaction tube is an inner tube and the energy recovery jacket is arranged further outside.
  • Embodiment 8 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the energy recovery envelope is an outer envelope of the device.
  • Embodiment 9 Device Device according to the previous embodiment, wherein the device additionally has an outer casing which at least partially encloses all tubes of the device.
  • Embodiment 10 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the reaction tube has at least one material selected from the group consisting of: at least one ferritic material, at least one austenitic material, at least one metal, at least one metallic alloy, copper, aluminum, iron , steel, Cr and/or Ni alloy, graphite, carbon, carbide, silicide.
  • the reaction tube is an electrically conductive tube.
  • Embodiment 12 Device according to one of embodiments 1 to 9, characterized in that the reaction tube is designed as a ceramic tube.
  • Embodiment 13 Device Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the device has at least one current-conducting heating jacket, the device having at least one current or voltage source which is set up to generate an electric current in the heating jacket which heats the reaction tube by Joule heat , which occurs when the electric current passes through the heating jacket, is heated.
  • Embodiment 14 Device according to the previous embodiment, characterized in that the heating jacket at least partially surrounds the reaction tube.
  • Embodiment 15 Apparatus according to the preceding embodiment, characterized in that the heating jacket directly surrounds the reaction tube and is arranged to deliver its electricity-generated heat to the reaction tube.
  • Embodiment 16 Device characterized in that the device comprises at least one galvanic isolator, the galvanic isolator being arranged between the reaction tube and the heating jacket, the galvanic isolator being arranged to galvanically isolate the reaction tube from the heating jacket and heat from the heating jacket to the reaction tube.
  • Embodiment 17 Device characterized in that the galvanic isolator comprises at least one material selected from the group consisting of ceramic, glassy, glass-reinforced, plastic-like or resinous materials, an insulating paint, the galvanic isolator being one or more of one Tube, a thin film, a covering, or a layer is designed.
  • Embodiment 18 Device according to one of the five preceding embodiments, characterized in that the device has at least one temperature sensor which is set up to determine a temperature of the reaction tube, wherein the device has at least one control unit which is set up to control the current or voltage source depending on a with the temperature measured by the temperature sensor.
  • Embodiment 20 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the device has at least one cooling jacket which is configured to at least partially enclose the energy recovery jacket, the cooling jacket being configured to cool to room temperature or lower.
  • Embodiment 21 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the device has at least one energy store for receiving the electrical energy from the energy recovery enclosure and/or at least one supply line to a consumer for supplying the electrical energy from the energy recovery enclosure.
  • Embodiment 22 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the device is set up to heat the feedstock to a temperature in the range from 200° C. to 1700° C., preferably 300° C. to 1400° C., particularly preferably 400° C. to 875° C, to heat.
  • Embodiment 24 Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the feedstock has at least one medium selected from the group consisting of: air, at least one oxygen-containing medium, water, water vapor, and at least one oxidizing medium.
  • Embodiment 25 Device Device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the reaction tube is set up to flow through at least one starting material for carrying out at least one endothermic reaction.
  • Embodiment 26 Plant comprising at least one device according to one of the preceding embodiments, characterized in that the plant is selected from the group consisting of: a plant for carrying out at least one endothermic reaction, a plant for heating, a plant for preheating, a steam cracker, a steam reformer, an alkane dehydrogenation device, a reformer, a dry reforming device, a styrene production device, an ethylbenzene dehydrogenation device, production of, acetylene, a cracker, a catalytic cracker, a dehydrogenation device.
  • Embodiment 27 A method for regenerating electric power using a device according to any one of the preceding device-related embodiments, the method comprising the steps of:
  • FIGS. 1a and 1b embodiments of a device according to the invention with a reaction tube
  • FIGS. 3a and 3b show embodiments of the device according to the invention comprising two heating zones
  • FIGS. 4a to 4y embodiments of the device according to the invention with a modular system with tube types for possible reaction tubes and examples for variations;
  • FIGS. 5a and 5b embodiments of the device according to the invention with a cooling circuit
  • FIGS. 6a and 6b show embodiments of the device according to the invention analogous to FIGS. 1a and 2a with a rectangular tube design;
  • FIGS. 7a and 7b show embodiments of the device according to the invention with a rectangular tube design with a cooling circuit
  • FIGS. 8a to 8d embodiments of the device according to the invention with energy stores and application examples.
  • Figures 1a and 1b show a schematic representation of two embodiments of a device 110 according to the invention, each with a reaction tube 112.
  • the device 110 includes a plurality of tubes.
  • the device 110 comprises, for example in the embodiments shown in FIGS. 1a and 1b, three concentrically arranged hollow cylinder tubes. At least one of the tubes is set up as a reaction tube 112 for at least one feedstock to flow through.
  • the device 110 can have at least one reactive space 111 .
  • Device 110 can be used in a plant selected from the group consisting of: a plant for carrying out at least one endothermic reaction, a heating plant, a preheating plant, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer , a dry reforming device, a styrene production device, an ethylbenzene dehydrogenation device, production of, acetylene, a cracker, a catalytic cracker, a dehydrogenation device.
  • a plant for carrying out at least one endothermic reaction a heating plant, a preheating plant, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer , a dry reforming device, a styrene production device, an ethylbenzene dehydrogenation device, production of, acetylene, a cracker, a catalytic cracker, a dehydrogenation
  • the reaction tube 112 can be designed as a tube through which a flow can take place.
  • the reaction tube 112 can be set up for the feedstock to flow through.
  • the reaction tube 112 can be set up so that at least one chemical reaction and/or a partial reaction can take place in the reaction tube.
  • Reaction tube 112 may include at least one tubing and/or at least one tubing segment 114 and/or at least one coiled tubing.
  • a pipeline segment 114 may be a portion of a pipeline.
  • the reaction tube can be set up, for example, to heat the starting material.
  • the reaction tube 112 may be or be a part of a reactor and/or a furnace.
  • the reaction tube 112 can be configured as a reactor of a combustion furnace and/or an electrically heatable reactor.
  • the reaction tube 112 as described in H. Zimmermann and R. Walzl, "Ethylene", Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, DOI: 10.1002/14356007.a10_045.pub3, EP 2,653,524 A1, US Pat. No.
  • 4,361,478 A, EP 0 245 839 A1 or EP3415587A1 can be configured as a reactor of an incinerator.
  • the reaction tube 112 can be designed as an electrically heatable reactor, as described for example in WO 2015/197181 A1, WO 2020/035575 A1, and WO 2020/035574 A1.
  • the geometry and/or surfaces and/or material of the reaction tube 112 can depend on the feedstock. Alternatively or additionally, the geometry and/or surfaces and/or material of the reaction tube 112 may depend on a desired reaction and/or avoidance of a specific reaction and/or optimization of the reaction and/or other factors.
  • the reaction tube 112 can be configured as a hollow cylinder.
  • all the tubes of the device 110 can be designed as hollow cylinders.
  • the tubes can be completely cylindrical or have non-cylindrical sections.
  • the hollow cylinder can, for example, be a circular cylinder with a radius r and a length h, also referred to as the height.
  • the circular cylinder may have a bore along an axis. Deviations from a circular cylinder geometry are also conceivable.
  • the tube can have an elliptical cross-sectional area. Other geometries are also conceivable.
  • the starting material can be any free-flowing medium.
  • the feedstock can be liquid or gaseous.
  • the feedstock can have at least one medium selected from the group consisting of: air, at least one oxygen-containing medium, water, water vapor, and at least one oxidizing medium.
  • Other ingredients are also conceivable.
  • a number of secondary reactions occur which can lead, for example, to coking of system parts, in particular the reaction tubes 112 . It is therefore customary, for example at fixed or regular intervals, to carry out exothermic reactions to burn off the coking, in particular a so-called decoking of the plant.
  • the feedstock also referred to as decoking gas
  • the carbon deposits of at least one exothermic reaction can be burned off.
  • the reaction tube 112 can be an electrically conductive, in particular a metallic, reaction tube 112, or an electrically non-conductive reaction tube 112.
  • the reaction tube can be an electrically conductive, metallic reaction tube.
  • the reaction tube 112 can have an electrical resistivity of less than 10 1 ⁇ m.
  • the reaction tube 112 can have a specific electrical resistance p of 1»10' 8 m ⁇ p ⁇ 10 1 m.
  • the reaction tube 112 can have at least one material selected from the group consisting of: at least one ferritic material, at least one austenitic material, at least one metal, at least one metallic alloy, copper, aluminum, iron, steel, Cr and/or Ni alloy, graphite, carbon, carbide, silicide.
  • the reaction tube 112 can have at least one material selected from the group consisting of: MgO, Al2O3, B nitride, Al nitride, Al silicate (mullite), ZrO2, Mg—Al silicate (cordierite), Mg silicate ( steatite), Si nitride.
  • the device 110 may include at least one heating jacket 129 as shown in Figures 1a and 1b.
  • the device 110 can have at least one current or voltage source 126, which is set up to generate an electric current in the heating jacket 129, which heats the reaction tube 112 by Joule heat, which occurs when the electric current through the heating envelope 129 is heated.
  • the heating jacket 129 can be a jacket which is set up to transfer energy supplied to it to the reaction tube 112 in the form of heat.
  • the heating jacket 129 can at least partially surround the reaction tube 112 .
  • the geometry and/or material of the heating jacket 129 can be adapted to the reaction tube 112 to be heated. Energy-efficient heating of the reaction tube 112 can thus be possible.
  • the heating jacket 129 can comprise at least one material selected from the group consisting of ferritic or austenitic materials, e.g. CrNi alloy, CrMo or ceramic.
  • the heating jacket can be made of at least one metal and/or at least one alloy such as copper, aluminum, iron, steel or Cr, Ni alloys, graphite, carbon, carbides, silicides.
  • Semiconductors are also conceivable as material for the heating sheath, for example Ge, Si, selenide, telluride, arsenide, antimonide.
  • the heating sheath 129 may be a conductive heating sheath.
  • the heating jacket 129 in particular with a connected current or voltage source 126, can have a specific electrical resistance p of 1 ⁇ 10 -8 m ⁇ p ⁇ 10 5 m.
  • the heating jacket 129 can have a thermal conductivity A of 10 W/(mK) ⁇ A ⁇ 6000 W/(mK), preferably 20 W/(mK) ⁇ A ⁇ 5000 W/(mK).
  • the heating jacket 129 can be temperature resistant in a range up to 2000°C, preferably up to 1300°C, particularly preferably up to 1000°C.
  • the device 110 can have at least one current or at least one voltage source 126, which is set up to generate an electric current in the heating jacket 129, which heats the reaction tube 112 by Joule heat, which arises when the electric current passes through the heating jacket , heated.
  • the current and/or voltage source 126 may comprise a single-phase or multi-phase AC and/or single-phase or multi-phase AC voltage source, or a DC and/or DC voltage source.
  • Device 110 can have at least one inlet and outlet line 127, which electrically connects current and/or voltage source 126 to heating jacket 129, in particular via electrical connections 128.
  • the generated electricity in the heating mantle 129 can heat the reaction tube 112 by Joule heat generated when the electric current is passed through the heating mantle 129 to heat the feedstock.
  • the heating of reaction tube 112 may include at least one process which leads to a change in the temperature of reaction tube 112, in particular an increase in the temperature of reaction tube 112, and/or to the temperature of reaction tube 112 remaining essentially constant, for example if the reaction taking place in the reaction tube 112 absorbs as much heat as it receives.
  • the feedstock can, for example, be heated up to a specified or predetermined temperature value.
  • the device 110 can be set up to heat the input material to a temperature in the range from 200° C. to 1700° C., preferably 300° C.
  • the reaction tube 112 can be set up to at least partially absorb the Joule heat generated by the heating jacket 129 and to at least partially release it to the feedstock. At least one endothermic reaction can take place in the reaction tube 112, for example.
  • the endothermic reaction can include heating and/or preheating of the feedstock. In particular, the feedstock in the reaction tube 112 can be heated.
  • the heating jacket 129 can be arranged such that the heating jacket 129 at least partially surrounds the reaction tube 112 .
  • the heating jacket 129 can completely enclose the reaction tube 112 or only partial areas of the reaction tube 112.
  • the reaction tube 112 can be arranged as an inner cylinder in the heating jacket 129.
  • several heating jackets 129 can be arranged around the reaction tubes 112 in the manner of a clamp.
  • the reaction tube 112 may be spiral-shaped, and around the reaction tube 112 the heating jacket 129 may be disposed.
  • Embodiments are also conceivable in which different or similar heating jackets 129 are arranged around different areas of a reaction tube 112 or several reaction tubes 112 and individual heating of the areas of the reaction tube 112 or of the reaction tubes 112 can be made possible.
  • the heating jacket 129 can directly surround the reaction tube 112 and can be configured to give off its electricity-generated heat to the reaction tube 112.
  • the reaction tube 112 and the heating jacket 129 may be arranged as adjacent tubes of the device 110 . In particular, no further tube can be arranged between the reaction tube 112 and the heating jacket 129 .
  • reaction tube 112 and heating jacket 129 A different arrangement of reaction tube 112 and heating jacket 129 is shown in FIG. 1a.
  • the heating jacket 129 indirectly surrounds the reaction tube 112 in this arrangement.
  • the reaction tube 112 shown in FIG. 1a can be an electrically conductive, in particular metallic, reaction tube 112.
  • the device 110 can have at least one, in particular thermally conductive, galvanic insulator 124 .
  • the galvanic isolator 124 may be placed between the reaction tube 112 and the heating jacket 129 .
  • the galvanic isolator 124 may be configured to galvanically isolate the reaction tube 112 from the heating jacket 129 and to transfer heat from the heating jacket 129 to the reaction tube 112 .
  • the galvanic isolator 124 can have a specific electrical resistance p of 1 ⁇ 10 5 Qm ⁇ p ⁇ 1 ⁇ 10 14 m. A heat transfer coefficient can be high.
  • the galvanic insulator 124 can have a thermal conductivity A of 10 W/(mK) ⁇ A ⁇ 6000 W/(mK), preferably of 20 W/(mK) ⁇ A ⁇ 5000 W/(mK).
  • the galvanic insulator 124 can have at least one material selected from the group consisting of ceramic, glass-like, glass-fibre-reinforced, plastic-like or resin-like materials, such as ceramic, steatite, porcelain, glass, glass-fibre-reinforced plastic, epoxy resin, thermoset, elastomers, as well as electrically sufficiently insulating liquids, an isolated render) color.
  • the galvanic isolator 124 may be configured as one or more of a tube, a thin foil, a coating, or a layer.
  • the galvanic isolator can be, for example, a flexible galvanic isolator, for example a thin foil. This allows expansion in the event of temperature differences.
  • the galvanic isolator 124 may be configured to transfer heat from the energized heating envelope 129 to the reaction tube 112 .
  • the galvanic isolator 124 can galvanically isolate the reaction tube 112 from the heating jacket 129 .
  • Figures 2a and 2b show embodiments with a plurality of reaction tubes 112.
  • the device 110 can have I reaction tubes 112, where I is a natural number greater than or equal to two.
  • the device 110 can have at least two, three, four, five or even more reaction tubes 112 .
  • the device 110 can have up to one hundred reaction tubes 112, for example.
  • the reaction tubes 112 may be located within the heating envelope 129 .
  • the reaction tube 112 can be spiral-shaped and the heating jacket can be arranged around the reaction tube.
  • Embodiments are also conceivable in which different or similar heating jackets are arranged around different areas of a reaction tube or several reaction tubes and individual heating of the areas of the reaction tube or the reaction tubes can be made possible.
  • the reaction tubes 112 can be interconnected and thus form a tube system 118 .
  • the pipe system 118 can have incoming and outgoing pipes.
  • the pipe system 118 can have at least one inlet 120 for receiving the feedstock.
  • the pipe system 118 can have at least one outlet 122 for dispensing the feedstock.
  • the reaction tubes 112 may be in fluid communication with one another.
  • the reaction tubes 112 can be arranged and connected in such a way that the feedstock flows through the reaction tubes 112 one after the other. Any or all of the reaction tubes 112 may be configured in series and/or in parallel.
  • the reaction tubes 112 can be connected in parallel to one another in such a way that the feedstock can flow through at least two reaction tubes 112 in parallel.
  • the reaction tubes 112 in particular the tubes connected in parallel, can be set up in such a way that different starting materials can be transported in parallel.
  • the parallel-connected pipes can have different geometries and/or surfaces and/or materials for transporting different input materials.
  • several or all of the reaction tubes 112 can be configured in parallel, so that the feedstock can be divided between those tubes configured in parallel. Combinations of a serial and parallel circuit are also conceivable.
  • electrically conductive pipes are used as the reaction pipe 112, the incoming and outgoing pipes can be electrically isolated from one another.
  • the device 110 can have at least one insulator, in particular a plurality of insulators. The galvanic isolation between the respective pipelines and the incoming and outgoing render) Piping can be guaranteed through the insulators.
  • the isolators can ensure that the feedstock can flow freely.
  • the device 110 has at least one energy recovery casing 130 which at least partially encloses the reaction tube 112.
  • the energy recovery enclosure 130 may completely enclose the reaction tube 112 .
  • the energy recovery enclosure 130 can be an enclosure which is set up to at least partially recover the energy used to heat the feedstock.
  • the energy recovery enclosure 130 includes at least one thermoelectric generator (TEG) configured to convert heat into electrical energy.
  • the conversion can be a thermoelectric energy conversion.
  • the heat can be converted into energy at least partially.
  • the TEG can have an efficiency of 5-10%.
  • the TEG can be a device which is set up to convert heat flows (temperature differences) into electrical energy using the so-called Seebeck effect.
  • the energy recovery casing 130 can be set up to convert heat generated in the reaction tube into electrical energy during an exothermic reaction, in particular during decoking.
  • a chemical reaction can be considered exothermic if it releases more energy than was initially put into it as activation energy.
  • the exothermic reaction may occur during decoking and/or oxidation of the reaction tube deposits.
  • a temperature difference can be given by the fact that the reaction tube 112 has a temperature of 1000° C. and an outer casing of the device 110, for example after cooling, a temperature of 20° C.
  • the TEG can, for example, as described in US 2014/0238459 A1, Mengjun Zhang et al., "Performance comparison of annular and flat-plate thermoelectric generators for cylindrical hot source", https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.01 .008, 2352-4847/2021 published by Elsevier Ltd..
  • the energy recovery casing 130 can have at least one material with a thermoelectric quality value ZT of >0.5, preferably >0.8, particularly preferably >1.
  • the TEG can have a thickness of 2 mm to 50 mm, preferably 2 mm to 30 mm, particularly preferably 5 mm to 30 mm.
  • the energy recovery enclosure 130 may include a pluralit
  • the TEG can be flat or ring-shaped, as for example in Mengjun Zhang et al., "Performance comparison of annular and flat-plate thermoelectric generators for cylindrical hot source", https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.01 .008, 2352-4847/2021 published by Elsevier Ltd. described.
  • the geometry and/or modularity of the TEG can depend on the geometry of the reaction tube 112 and/or on an expected temperature difference.
  • Device 110 can have at least one energy store, shown in Figures 1a and 1b as electrical resistor 132, for receiving the electrical energy from energy recovery casing 130 and/or at least one supply line to a consumer for supplying electrical energy from energy recovery casing 130.
  • the recording can be complete or at least partial. Recording may include storing.
  • the recording can include a conversion of the electrical energy into another form of energy.
  • the TEG can be designed in such a way that the electrical energy can be drawn directly.
  • the device 110 can therefore be designed in such a way that the temperature directly at the TEG is not too hot and at the same time not too cold.
  • the material used in the TEG can be stable over a range of temperatures, particularly at temperatures to which the feedstock is heated.
  • the device 110 can have further elements for protecting the TEG, for example for cooling or pre-cooling. Depending on the materials of the TEGs, the temperature can be adjusted in this way.
  • the reaction tube 112 and the energy recovery shroud 130 may be arranged concentrically.
  • the reaction tube 112 may be an inner tube and the energy recovery jacket 130 may be located further outside.
  • the energy recovery enclosure 130 may be an outer enclosure of the device 110 as shown in Figures 1a, 1b, 2a, 2b, 3a and 3b.
  • the device 110 can additionally have a cooling jacket 146 which at least partially encloses all the tubes of the device 110.
  • the device 110 may include a plurality of heating zones 144 .
  • the device 110 can have two or more heating zones 144 .
  • Each heating zone 144 may include at least one heating envelope 129 .
  • the heating jackets 129 can be connected by electrical connections 133 .
  • the device 110 can also have areas in which there is no heating of the input material, for example pure transport zones.
  • FIGS. 3a and 3b show embodiments with two heating zones 144.
  • the two heating zones can be designed as two reactors or two heat exchangers or one reactor and one heat exchanger.
  • the reaction tube 112 is designed as a metallic cylinder with an outer arrangement of the TEG.
  • the reaction tube 112 is designed as a ceramic cylinder with an outer arrangement of the TEG.
  • FIGS. 4a to 4y show embodiments of the device 110 with a modular system with tube types for possible reaction tubes 112 and examples of variations.
  • the device 110 can have a plurality of reaction tubes 112 .
  • the reaction tubes 112 can, for example, be configured differently in terms of diameter and/or length and/or geometry.
  • the reaction tubes 112 may include symmetric and/or asymmetric tubes and/or combinations thereof. In a purely symmetrical configuration, the device 110 can have reaction tubes 112 of an identical tube type.
  • the tube type can be characterized by at least one feature selected from the group consisting of: a horizontal configuration of the tube; a vertical configuration of the tube; a length at the entrance (11) and/or exit (I2) and/or transition (I3); a diameter at the inlet (d1) and outlet (d2) and/or transition (d3); number n of passes; length per pass; diameter per pass; Geometry; Surface; and material.
  • 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 can have tubes of different lengths in the inlet (11) and/or outlet (I2) and/or transition (I3).
  • the device 110 can have tubes with an asymmetry in diameter at the inlet (d1) and/or outlet (d2) and/or transition (d3).
  • the device 110 may have tubes with a different number of passes.
  • the device can have tubes with fittings with different lengths per fitting and/or different diameter per fitting. In principle, any combination of all tube types in parallel and/or in series is conceivable.
  • the device 110 may have a plurality of inlets 120 and/or outlets 122 and/or production streams.
  • the reaction tubes 112 of different or identical tube types can be arranged in parallel and/or in series with a plurality of inlets 120 and/or outlets 122 .
  • Possible tubes for reaction tubes 112 can be present in different tube types in the form of a modular system 134 and can be selected depending on the intended use and combined as desired. By using tubes of different tube types, a more precise temperature control and/or an adjustment of the reaction in the case of a fluctuating feed and/or a selective yield of the reaction and/or an optimized process technology can be made possible.
  • the tubes can have identical or different geometries and/or surfaces and/or materials.
  • FIGS. 4a to 4y show examples of possible embodiments of tube or cylinder types in a schematic representation.
  • the pipe type can be divided into the following categories, with all conceivable combinations of the categories being possible:
  • a - Category A indicates a run of the reaction tube 112 and/or a tube segment 114, where A1 indicates a tube or cylinder type with a horizontal run and A2 indicates a tube type with a vertical course, i.e. a course perpendicular to the horizontal course.
  • Category B gives a ratio of lengths in entry (11) and/or exit (I2) and/or
  • Diameter in the inlet (d1) and / or outlet (d2) and / or transition (d3), with six different possible combinations are listed in the kit 134.
  • Category C indicates ratios of lengths at entry (11) and/or exit (I2) and lengths of passes. All combinations are conceivable here, which are marked with Ci in the present case.
  • F1 indicates that a number of electrodes is ⁇ 2, for example with a direct current source or an alternating current source.
  • F2 indicates that a number of electrodes > 2, for example for a three-phase current source.
  • FIGS. 4b to 4y show exemplary embodiments according to the invention of combinations of reaction tubes 112 and/or tube segments 114 of the same and/or different tube types.
  • FIG. 4b shows a combination of reaction tubes 112 with three horizontal tubes 112 and/or tube segments 114 of tube type A1, which are arranged one after the other.
  • FIG. 4c shows two parallel, vertical tubes of tube type A2 and a downstream reaction tube 112 and/or a downstream pipeline segment 114, also of tube type A2.
  • FIG. 4d shows a plurality of reaction tubes 112 and/or tube segments 114 of tube type A2, all of which are connected in parallel.
  • FIG. 4e shows an embodiment in which a plurality of category B tube types are arranged one after the other.
  • the reaction tubes 112 and/or pipe segments 114 can be identical or different tube types of category B, which is marked with Bi.
  • Figure 4f shows an embodiment with six reaction tubes 112 and/or line segments 114 of category B, with two reaction tubes 112 and/or line segments 114 being arranged in two parallel strands and two further reaction tubes 112 and/or line segments 114 being connected downstream.
  • FIG. 4g shows an embodiment with category C pipelines 112 and/or pipeline segments 114, two pipelines 112 and/or pipeline segments 114 being connected in parallel and a reaction tube 112 and/or a pipeline segment 114 being connected downstream.
  • Mixed forms of categories A, B and C are also possible, as shown in FIGS. 4h to 4m.
  • the device 110 can have a plurality of inlets 120 and/or outlets 122 and/or production streams.
  • the reaction tubes 112 and/or tube segments 114 of different or identical tube types can be arranged in parallel and/or in series with a plurality of inlets 120 and/or outlets 122, as is shown, for example, in FIGS. 4k and 4m.
  • FIGS. 4n to 4p show exemplary combinations of reaction tubes 112 and/or pipeline segments 114 of categories A and Fi.
  • Figures 4q and 4r show exemplary combinations of reaction tubes 112 and / or pipe segments 114 of the category rien B and Fi.
  • FIG. 4s shows an exemplary combination of reaction tubes 112 and/or pipeline segments 114 of categories C and F1.
  • FIG. 4t shows an exemplary combination of reaction tubes 112 and/or pipeline segments 114 of categories A, B, C and Fi.
  • FIG. 4u shows an exemplary combination of reaction tubes 112 and/or pipeline segments 114 of categories A, C and Fi.
  • FIG. 4v shows an exemplary combination of reaction tubes 112 and/or pipeline segments 114 of categories B, C and Fi.
  • Figure 4w and 4y show exemplary combinations of reaction tubes 112 and / or pipe segments 114 of categories A, B, C and Fi.
  • FIG. 4x shows an exemplary combination of reaction tubes 112 and/or pipeline segments 114 of categories A, B and Fi.
  • the reaction tubes 112 and/or tube segments 114 of different or identical tube types of categories A, B, C and Fi can be arranged in parallel and/or in series with a plurality of inlets 120 and/or outlets 122 . Examples of a plurality of inlets 120 and/or outlets 122 and/or production streams are shown in FIGS. 4o, 4p, 4r, 4s, 4v to 4y.
  • the lines can represent a flow of the input material, but they can also show the electrical connections.
  • FIGS. 5a and 5b show embodiments of the device according to the invention with a cooling circuit comprising the cooling jacket 146.
  • the cooling jacket 146 can be configured to at least partially enclose the energy recovery jacket 130.
  • the cooling jacket 146 may be configured to cool to room temperature or lower.
  • the cooling jacket 146 can be set up to adjust a temperature difference to a temperature of the reaction tube 112, in particular a jacket of the reaction tube 112, for example to a predetermined value.
  • the cooling jacket 146 may include at least one cooling medium.
  • the reaction tube 112 is designed as a metallic cylinder.
  • the TEG is surrounded by the cooling jacket 146 and is arranged concentrically outwards.
  • the reaction tube 112 is designed as a ceramic cylinder.
  • the TEG is surrounded by the cooling jacket 146 and is arranged concentrically outwards.
  • FIGS. 6a, 6b, 7a and 7b show embodiments in which the tubes of the device 110 have a rectangular geometry except for the reaction tube 112 or the reaction tubes 112.
  • the reaction tube 112 is also designed as a hollow cylinder in these figures.
  • FIG. 6a shows an embodiment analogous to the device 110 of FIG. 1a.
  • FIG. 6b shows an embodiment analogous to the device 110 of FIG. 2a.
  • An embodiment with an additional cooling jacket 146 is shown in FIGS. 7a and 7b.
  • FIG. 7a shows an embodiment analogous to the device 110 of FIG. 5a.
  • Figure 7b shows an embodiment analogous to that in Figure 7a, but with a plurality of reaction tubes 112.
  • FIGS. 8a to 8d show application examples of the device.
  • the device 110 in FIGS. 8a to 8d is shown purely as an example, analogously to the device 110 in FIG. 1a. Every however, another described embodiment of the device 110 is conceivable.
  • the device 110 can have at least one energy store for receiving the electrical energy from the energy recovery casing 130 and/or at least one supply line to a consumer for supplying the electrical energy from the energy recovery casing 130, represented schematically by electrical resistance 132.
  • the consumer is shown as any consumer 148 .
  • load 148 may be one or more of a charging station, a light, another reactor, or any other load. Examples are heat exchangers, heat exchangers, energy stores, batteries or accumulators.
  • FIG. 8b shows, for example, a consumer in the form of a further device 110, in which the energy for heating the heating casing of the further device 110 can be used.
  • FIG. 8c shows an exemplary embodiment of two devices 110 (each analogous to the device 110 in FIG. 1a), in which the devices 110 are each set up to supply recovered energy to the electrical resistance 132. This can, for example, be used to heat the other reactor in each case be used.
  • FIG. 8d shows an example with a plurality of identical or different consumers 148, which can be operated at least partially using the recovered energy. Other uses of the recovered energy are also conceivable.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (110) umfassend eine Mehrzahl von Rohren vorgeschlagen. Mindestens eines der Rohre ist als Reaktionsrohr (112) zur Durchströmung mit mindestens einem Einsatzstoff eingerichtet. Die Vorrichtung (110) weist mindestens eine das Reaktionsrohr (112) zumindest teilweise umschließende Energierückgewinnungsumhüllung (130) auf. Die Energierückgewinnungsumhüllung (130) weist mindestens einen thermoelektrischen Generator auf, welcher eingerichtet ist Wärme in elektrische Energie umzuwandeln.

Description

Rückgewinnung der Energie
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung umfassend eine Mehrzahl von Hohlzylinderrohren, eine Anlage und ein Verfahren zur Rückgewinnung von elektrischer Energie.
Die Vorrichtung kann Teil einer Anlage sein, beispielsweise einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, Herstellung von Acetylen und einer Vorrichtung zum Dehydrieren. Die Vorrichtung kann insbesondere zum Erhitzen von Einsatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 1700 °C, bevorzugt von 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt von 400 °C bis 875 °C, verwendet werden. Auch andere Einsatzgebiete sind jedoch denkbar.
Produktionsanlagen wie Steamcracker sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, siehe beispielsweise Ethylene; Heinz Zimmermann, Roland Walzl; Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (15 April 2009). In Steamerackern wird beispielsweise Rohbenzin (Naphtha) bei hohen Temperaturen in Gegenwart von Wasserdampf in Ethylen und Propylen aufgespalten. In einer sogenannten Konvektionszone des Steamcrackers wird dazu das Rohbenzin vorgewärmt und heißer Wasserdampf zugegeben. In einer nachfolgenden Strahlungszone wird bei etwa 850 °C das Rohbenzin in Ethylen und Propylen aufgespalten, also gecrackt. Zum Beheizen des Steamcrackers wird konventionell Erdgas verbrannt, welches mit einer Kohlenstoffemission einhergeht. Die bei der Erdgas Verbrennung entstehende Wärme wird in konventionellen Steamerackern nicht nur zum Spalten verwendet, sondern die im Kamin aufsteigende Abwärme wird auch zum Vorheizen des Rohbenzins in der Konvektionszone verwendet. Derartige, sogenannte konventionelle Produktionsanlagen sind beispielsweise aus EP 2 653 524 A1 , US 4,361 ,478 A, EP 0245 839 A1 oder EP3415587A1 bekannt.
Weiter sind elektrisch beheizbare Reaktoren bekannt, beispielsweise aus WO 2015/197181 A1 , WO 2020/035575 A1 , und WO 2020/035574 A1 , deren Inhalt hiermit durch Verweis aufgenommen wird. Elektrisch beheizbare Reaktoren können ein CO2-neutrales Betreiben des Reaktors ermöglichen. Eine Wärmeintegration für einen elektrisch beheizbaren Reaktor ist aus PCT/EP2021/077144, eingereicht am 1. Oktober 2021 , bekannt, deren Inhalt hiermit durch Verweis aufgenommen wird.
US 3 881 962 A beschreibt einen Generator des thermoelektrischen Typs, welcher den Bereich der Brennstoffverbrennung von einer Reihe thermoelektrischer Elemente oder Module isoliert und eine zweiphasige Dampfwärmeübertragung nutzt, bei der eine Übertragung von einer flüssigen Phase in eine gasförmige Phase durch das dazwischenliegende Vorhandensein eines Kessels stattfindet, in dem ein Brennstoffbrenner untergebracht ist. Der im Kessel verbrauchte Brennstoff erzeugt Wärme, die auf einen Mantel des Kessels auftrifft, in dem ein verdampfbares Fluid eingeschlossen ist. Der so erzeugte erhitzte Dampf strömt durch eine Reihe von Wär- meaustauschschleifen, die vom Kessel ausstrahlen, um die heißen Verbindungsstellen der thermoelektrischen Elemente zu erhitzen. Die elektrische Energie wird durch ein Potential erzeugt, das sich zwischen den heißen und kalten Verbindungsstellen der genannten Elemente entwickelt.
JP H06 154589 A beschreibt einen isolierten Behälter, der ausgestattet ist mit: einer Einrichtung, die den Hauptkörper des Behälters erwärmt oder abkühlt; einer Einrichtung, die ein Wärmeaustauschfluid in den Behälter einspeist, um die Temperatur im Behälter zu steuern und den Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeaustauschfluid und der Atmosphäre im Behälter zu leiten; einer thermoelektrischen Einrichtung, die die durch den Wärmeaustausch mit dem Wärmeaustauschfluid, das nach dem Wärmeaustausch aus dem Behälter abgeleitet wird, gewonnene thermische Energie in elektrische Energie umwandelt; einer Einrichtung, die die durch die Einrichtung erzeugte elektrische Energie speichert.
Zum Betreiben konventioneller und auch elektrisch beheizbarer Reaktoren wird Energie benötigt. Rückgewinnung von Energie ist weiterhin ein Problem.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Vorrichtung, eine Anlage und ein Verfahren zur Rückgewinnung von elektrischen Energie bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine Energierückgewinnung ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, eine Anlage und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind u. a. in den zugehörigen Unteransprüchen 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, neben dem durch diese Begriffe eingeführten Merkmal, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise 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 e, 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 Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal 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 alternative 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 Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, 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 Vorrichtung umfassend eine Mehrzahl von Rohren vorgeschlagen. Mindestens eines der Rohre ist als Reaktionsrohr zur Durchströmung mit mindestens einem Einsatzstoff eingerichtet. Die Vorrichtung weist mindestens eine das Reaktionsrohr zumindest teilweise umschließende Energierückgewinnungsumhüllung. Die Energierückgewinnungsumhüllung weist mindestens einen thermoelektrischen Generator auf, welcher eingerichtet ist Wärme in elektrische Energie umzuwandeln.
Die Vorrichtung kann einsetzbar sein, und das weiter unten beschriebene Verfahren anwendbar sein, in einer Anlage, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, Herstellung von, Acetylen, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren.
Der Begriff "Rohr", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen beliebig geformten Hohlkörper beziehen. Eine Länge des Rohres kann größer sein als sein Durchmesser. Das Rohr kann einen Innenraum aufweisen, welcher von einer äußeren Umgebung durch eine Mantelfläche abgegrenzt ist. Das Rohr kann als ein durchströmbares Rohr, auch als Rohr zum Durchströmen bezeichnet, ausgestaltet sein. Das Rohr kann mindestens eine Rohrleitung und/oder mindestens ein Rohrleitungssegment und/oder mindestens eine Rohrleitungsschlange umfassen. Ein Rohrleitungssegment kann ein Teilbereich einer Rohrleitung sein. Die Ausdrücke „Rohr“, „Rohrleitung“ und „Rohrleitungssegment“ und „Rohrleitungsschlange“ werden im Folgenden als Synonyme verwendet.
Beispielsweise kann das Rohr ein Hohlzylinderrohr sein. Der Begriff „Hohlzylinderrohr", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Rohr beziehen, welches einen zumindest teilweise zylindrischen Abschnitt aufweist. Das Rohr kann vollständig zylindrisch ausgestaltet sein oder auch nicht zylindrische Abschnitte aufweisen. Das Hohlzylinderrohr kann beispielsweise ein Kreiszylinder mit Radius r und einer Länge h, auch als Höhe bezeichnet, sein. Der Kreiszylinder kann eine Bohrung entlang einer Achse aufweisen. Auch Abweichungen von einer Kreiszylindergeometrie sind denkbar. Beispielsweise kann das Rohr eine elliptischen Querschnittsfläche aufweisen. Beispielsweise kann das Rohr eine prismatisches Geometrie aufweisen. Beispielsweise kann mindestens eines der Rohre der Vorrichtung eine rechteckige Geometrie aufweisen.
Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Rohren. Das Reaktionsrohr kann von weiteren Rohren umgeben sein. Die Rohre können konzentrisch angeordnet sein. Das Reaktionsrohr kann als zentrales Rohr angeordnet sein, welcher von den weiteren Rohren umgeben ist. Die Vorrichtung kann mehrteilig ausgestaltet sein, beispielsweise mit einem M-, U-, oder W-förmigen Coil als Reaktionsrohr und Anbringung der weiteren Rohren an geraden Abschnitten gleicher Länge.
Der Begriff „Einsatzstoff', wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein grundsätzlich beliebiges fließfähiges Medium beziehen. Der Einsatzstoff kann flüssig oder gasförmig sein. Der Einsatzstoff kann mindestens ein Medium aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Luft, mindestens einem sauerstoffhaltigen Medium, Wasser, Wasserdampf, und mindestens einem oxidierenden Medium. Auch andere Einsatzstoffe sind denkbar.
In den oben aufgelisteten Anlagen zur Durchführung mindestens einer endothermen Reaktion treten eine Reihe von Nebenreaktionen auf, die beispielsweise zu einer Verkokung von Anlagenteilen, insbesondere der Reaktionsrohre führen können. Es ist deshalb üblich, beispielsweise in festen oder regelmäßigen Abständen, exotherme Reaktionen zum Abbrennen der Verkokung, insbesondere eine sogenannte Entkokung der Anlage, durchzuführen. Bei einer Entko- kung kann der Einsatzstoff, auch als Entkokungsgas bezeichnet in das Reaktionsrohr geleitet werden und die Verkokungen mindestens einer exothermen Reaktion abgebrannt werden.
Der Begriff „Durchströmen", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eines oder mehreres von einer Aufnahme des Einsatzstoffes in dem Reaktionsrohr, ein Fließen des Einsatzstoffes durch das Reaktionsrohr, ein Leiten des Einsatzstoffes, einen Transport des Einsatzstoffes, beispielsweise von einem ersten Ende des Reaktionsrohrs zu einem zweiten Ende des Reaktionsrohrs, beziehen.
Der Begriff „Reaktionsrohr", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Rohr beziehen, welches eingerichtet ist, zur Durchströmung mit dem Einsatzstoff. Das Reaktionsrohr kann eingerichtet sein, dass mindestens eine chemische Reaktion, und/oder eine Teilreaktion, in dem Reaktionsrohr ablaufen kann. Insbesondere ist das Reaktionsrohr zur Durchströmung mindestens eines Einsatzstoffes zur Durchführung mindestens einer endothermen Reaktion eingerichtet. In dem Reaktionsrohr kann beispielsweise mindestens eine endotherme Reaktion erfolgen. Beispielsweise kann in dem Reaktionsrohr eine exotherme Reaktion zur Entkokung und/oder Oxidation, der bei der endothermen Reaktion entstehenden Ablagerung, durchgeführt werden.
Das Reaktionsrohr kann beispielsweise zur Erwärmung des Einsatzstoffes eingerichtet sein. Das Reaktionsrohr kann ein Reaktor und/oder ein Ofen oder ein Teil dieser sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr als Reaktor eines Verbrennungsofens und/oder eines elektrisch beheizbaren Reaktors ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr wie beispielsweise in H. Zimmermann und R. Walzl, „Ethylene“, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, DOI:
10.1002/14356007.a10_045.pub3, EP 2 653 524 A1 , US 4,361 ,478 A, EP 0245 839 A1 oder EP3415587A1 beschrieben als Reaktor eines Verbrennungsofens ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr wie beispielsweise in WO 2015/197181 A1 , WO 2020/035575 A1 , und WO 2020/035574 A1 beschrieben als elektrisch beheizbarer Reaktor ausgestaltet sein.
Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material des Reaktionsrohres können abhängig von dem Einsatzstoff sein. Alternativ oder zusätzlich können Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material des Reaktionsrohres abhängig von einer gewünschten Reaktion und/oder Vermeidung einer bestimmten Reaktion und/oder von einer Optimierung der Reaktion und/oder anderen Faktoren abhängig sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr als ein Hohlzylinder ausgestaltet sein.
Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl an Reaktionsrohren aufweisen. Die Vorrichtung kann I Reaktionsrohre aufweisen, wobei I eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. Beispielsweise kann die Vorrichtung mindestens zwei, drei, vier, fünf oder auch mehr Reaktionsrohre aufweisen. Die Vorrichtung kann beispielsweise bis zu hundert Reaktionsrohre aufweisen. Die Reaktionsrohre können identisch oder verschieden ausgestaltet sein. Die Reaktionsrohre können beispielsweise unterschiedlich hinsichtlich Durchmesser, und/oder Länge, und/oder Geometrie ausgestaltet sein. Die Reaktionsrohre können symmetrische und/oder unsymmetrische Rohre und/oder Kombinationen davon aufweisen. Bei einer rein symmetrischen Ausgestaltung kann die Vorrichtung Reaktionsrohre von einem identischen Rohrtyp aufweisen. Unter „unsymmetrische Rohre“ und „Kombinationen von symmetrischen und unsymmetrischen Rohren“ kann verstanden werden, dass die Vorrichtung eine beliebige Kombination von Rohrtypen aufweisen kann, welche beispielsweise zudem beliebig parallel oder in Reihe verschaltet sein können. Der Begriff „Rohrtyp", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine durch bestimmte Merkmale gekennzeichnete Kategorie oder Art von Rohr beziehen. Der Rohrtyp kann mindestens durch ein Merkmal charakterisiert werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer horizontalen Ausgestaltung des Rohres; einer vertikalen Ausgestaltung des Rohres; einer Länge im Eintritt (11 ) und/oder Austritt (I2) und/oder Übergang (I3); 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 Vorrichtung kann eine Kombination von mindestens zwei verschiedenen Rohrtypen aufweisen, welche parallel und/oder in Reihe verschaltet sind. Beispielsweise kann die Vorrichtung Rohre von unterschiedlichen Längen im Eintritt (11 ) und/oder Austritt (I2) und/oder Übergang (I3) aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung Rohre mit einer Asymmetrie der Durchmesser im Eintritt (d1) und/oder Austritt (d2) und/oder Übergang (d3) aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung Rohre mit einer unterschiedlichen Anzahl von Pässen aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung Rohre 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 denkbar. Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von Einlässen und/oder Auslässen und/oder Produktionsströmen aufweisen. Die Reaktionsrohre von verschiedenem oder identischem Rohrtyp können parallel und/oder in Reihe mit mehreren Einlässen und/oder Auslässen angeordnet sein. Mögliche Rohre für Reaktionsrohre können in verschiedenen Rohrtypen in Form eines Baukastens vorliegen und abhängig von einem Verwendungszweck ausgewählt und beliebig kombiniert werden. Durch eine Verwendung von Rohren von verschiedenen 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. Die Rohre können identische oder verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen.
Die Reaktionsrohre können durchverbunden sein und somit ein Rohrsystem bilden. Der Begriff „Rohrsystem", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung aus mindestens zwei, insbesondere miteinander verbundenen, Rohren beziehen. Das Rohrsystem kann zu- und abführende Rohre aufweisen. Das Rohrsystem kann mindestens einen Einlass zur Aufnahme des Einsatzstoffes aufweisen. Das Rohrsystem kann mindestens einen Auslass zur Ausgabe des Einsatzstoffes aufweisen. Unter „durchverbunden“ kann verstanden werden, dass die Rohre miteinander in einer Fluidverbindung stehen. So können die Rohre derart angeordnet und verbunden sein, dass der Einsatzstoff die Rohre nacheinander durchströmt. Mehrere oder sämtliche der Rohre können seriell und/oder parallel konfiguriert sein. Die Rohre können parallel zu einander verschaltet sein, derart, dass der Einsatzstoff mindestens zwei Rohre parallel durchströmen kann. Die Rohre, insbesondere die parallel geschalteten Rohre, können derart eingerichtet sein, unterschiedliche Einsatzstoffe parallel zu transportieren. Insbesondere können für einen Transport von verschiedenen Einsatzstoffen die parallel geschalteten Rohre, zueinander verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen. Insbesondere für den Transport eines Einsatzstoffes, können mehrere oder sämtliche der Rohre parallel konfiguriert sein, so dass der Einsatzstoff auf jene parallel konfigurierten Rohre aufteilbar ist. Auch Kombinationen von einer seriellen und parallelen Schaltung sind denkbar.
Das Reaktionsrohr kann ein elektrisch leitfähiges, insbesondere metallisches, oder ein elektrisch nichtleitendes Reaktionsrohr sein.
Beispielsweise kann das Reaktionsrohr ein elektrisch leitfähiges Reaktionsrohr sein. Der Begriff „elektrisch leitfähig", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Material des Reaktionsrohres beziehen, welches, eingerichtet ist, elektrischen Strom zu leiten. Das Reaktionsrohr kann einen spezifischen elektrischen Widerstand von kleiner 10 1 Q m aufweisen. Das Reaktionsrohr kann einen spezifischen elektrischen Widerstand p von 1 »10-8 Q m < p < 10-1 Q m aufweisen. Der spezifische elektrische Widerstand bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf den spezifischen elektrischen Widerstand bei Raumtemperatur. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr mindestens ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: mindestens einem ferritischen Werkstoff, mindestens einem austenitischen Werkstoff, mindestens einem Metall, mindestens einer metallischen Legierung, Kupfer, Aluminium, Eisen, Stahl-, Cr-, und/oder Ni-Legierung, Graphit, Carbon, Carbid, Silizid.
Die Reaktionsrohre und entsprechend zu- und abführenden Rohrleitungen können miteinander fluidleitend verbunden sein. Bei einer Verwendung von elektrisch leitfähigen Rohren als Reaktionsrohr können die zu- und abführenden Rohrleitungen galvanisch voneinander getrennt sein. Unter „galvanisch voneinander getrennt“ kann verstanden werden, dass die Rohrleitungen und die zu- und abführenden Rohrleitungen derart voneinander getrennt sind, dass keine elektrische Leitung und/oder eine tolerierbare elektrische Leitung zwischen den Rohrleitungen und den zu- und abführenden Rohrleitungen erfolgt. Die Vorrichtung kann mindestens einen Isolator, insbesondere eine Mehrzahl von Isolatoren, aufweisen. Die galvanische Trennung zwischen den jeweiligen Rohrleitungen und den zu- und abführenden Rohrleitungen kann durch die Isolatoren gewährleistet sein. Die Isolatoren können einen freien Durchfluss des Einsatzstoffes sicherstellen.
Auch Ausgestaltungen des Reaktionsrohrs als elektrisch nichtleitende Rohre oder schlechtleitende Rohre sind jedoch denkbar, beispielsweise kann das Reaktionsrohr aus einer Keramik oder Materialien mit ähnlichem spezifischen Widerstand hergestellt sein. Das Reaktionsrohr kann als galvanischer Isolator ausgestaltet sein. Das Reaktionsrohr kann einen spezifischen elektrischen Widerstand von über 105 Q-m aufweisen. Das Reaktionsrohr kann einen spezifischen elektrischen Widerstand p von 1x105 Q m < p < 1x1020 m, bevorzugt von 1x105 Q m < p < 1x1014 m, aufweisen. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr als keramisches Rohr ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr mindestens ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: MgO, AI2O3, B-Nitrid, Al-Nitrid, Al-Silikat (Mullit), ZrC>2, Mg-Al-Silikat (Cordierit), Mg-Silikat (Steatit), Si-Nitrid.
Der Begriff „Umhüllung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein Element oder eine Mehrzahl von Elementen beziehen, welche eine flächige und vollständige oder teilweise Grenze zwischen einem inneren und einem äußeren Bereich bilden. Die Umhüllung kann eine Ummantellung sein. Die Umhüllung kann ein oder mehreres von einem Rohr, einer dünnen Folie, einem Belag, oder einer Schicht ausgestaltet sein, welches ein weiteres Element der Vorrichtung zumindest teilweise umgibt und/oder umschließt. Die Begriffe „umgeben“ und „umschließen“ werden hier als Synonyme verwendet. Die Umhüllung kann verschiedene Funktionen erfüllen, wie beispielsweise beheizen, kühlen, Stromleiten, galvanisch isolieren, oder weitere.
Beispielsweise kann die Vorrichtung mindestens eine Heizumhüllung aufweisen. Die Vorrichtung kann mindestens eine Strom- oder Spannungsquelle aufweisen, welche eingerichtet ist einen elektrischen Strom in der Heizumhüllung zu erzeugen, welcher das Reaktionsrohr durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch die Heizumhüllung entsteht, erwärmt. Der Begriff „Heizumhüllung", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Umhüllung beziehen, welche eingerichtet ist, um ihr zugeführte Energie in Form von Wärme an das Reaktionsrohr zu übertragen. Die Heizumhüllung kann das Reaktionsrohr zumindest teilweise umgeben. Geometrie und/oder Material der Heizumhüllung kann auf das zu erwärmende Reaktionsrohr angepasst sein. So kann ein energieeffizientes Erwärmen des Reaktionsrohres möglich sein.
Die Heizumhüllung kann mindestens ein Material aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ferritischen oder austenitischen Werkstoffen z.B. CrNi Legierung, CrMo oder Keramik. Beispielsweise kann die Heizumhüllung aus mindestens einem Metall und/oder mindestens einer Legierung hergestellt sein wie Kupfer, Aluminium, Eisen, Stahl- oder Cr-, Ni- Legierungen, Graphit, Carbon, Carbide, Silizide. Auch Halbleiter als Material für die Heizumhüllung sind denkbar beispielsweise Ge, Si, Selenide, Telluride, Arsenide, Antimonid.
Die Heizumhüllung kann eine stromleitende Heizumhüllung sein. Der Begriff „ström leitende Heizumhüllung ", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine Eignung der Heizumhüllung, insbesondere mindestens eines Material der Heizumhüllung, beziehen, welches eingerichtet ist, einen elektrischen Strom zu leiten. Die Heizumhüllung, insbesondere mit angeschlossener Strom- oder Spannungsquelle, kann einen spezifischen elektrischen Widerstand p von 1x10-8 Q m < p < 105 m aufweisen. Die Heizumhüllung kann eine Wärmeleitfähigkeit A von 10 W/(mK) < A < 6000 W/(mK) aufweisen, bevorzugt von 20 W/(mK) < A < 5000 W/(mK). Die Wärmeleitfähigkeit bezieht sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf Wärmeleitfähigkeit bei Raumtemperatur. Die Heizumhüllung kann temperaturbeständig sein in einem Bereich bis zu 2000°C, bevorzugt bis zu 1300°C, besonders bevorzugt bis zu 1000°C. Der Begriff „temperaturbeständig", wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Widerstandsfähigkeit der Heizumhüllung, insbesondere eines Materials der Heizumhüllung gegen, insbesondere hohe, Temperaturen beziehen.
Wie oben ausgeführt kann die Vorrichtung mindestens eine Strom- oder mindestens eine Spannungsquelle aufweisen, welche eingerichtet ist, einen elektrischen Strom in der Heizumhüllung zu erzeugen, welcher das Reaktionsrohr durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch die Heizumhüllung entsteht, erwärmt. Die Strom- und/oder die Spannungsquelle kann eine einphasige oder mehrphasige Wechselstrom- und/oder einphasige oder mehrphasige Wechselspannungsquelle oder eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle umfassen. Die Vorrichtung kann mindestens eine Zu- und Ableitung aufweisen, welcher die Strom- und/oder Spannungsquelle mit der Heizumhüllung elektrisch verbindet.
Die Vorrichtung kann beispielsweise mindestens eine Wechselstrom- und/oder mindestens eine Wechselspannungsquelle aufweisen. Die Wechselstrom- und/oder eine Wechselspannungsquelle kann einphasig oder mehrphasig sein. Der Begriff „Wechselstromquelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Stromquelle beziehen, welche eingerichtet ist, einen Wechselstrom bereitzustellen. Der Begriff „Wechselstrom“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen elektrischen Strom beziehen, dessen Polung sich in zeitlich regelmäßiger Wiederholung ändert. Beispielsweise kann der Wechselstrom ein sinusförmiger Wechselstrom sein. Der Begriff „einphasig“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Wechselstromquelle beziehen, welche einen elektrischen Strom mit einer einzigen Phase bereitstellt. Der Be- griff „mehrphasig“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Wechselstromquelle beziehen, welche einen elektrischen Strom mit mehr als einer Phase bereitstellt. Der Begriff „Wechselspannungsquelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Spannungsquelle beziehen, welche eingerichtet ist, eine Wechselspannung bereitzustellen. Der Begriff „Wechselspannung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Spannung beziehen, deren Höhe und Polarität sich zeitlich regelmäßig wiederholt. 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 einzigen Phase bereitstellt. Unter einer „mehrphasigen“ Wechselspannungsquelle kann eine Wechselspannungsquelle verstanden werden, welche den Wechselstrom mit mehr als einer Phase bereitstellt.
Die Vorrichtung kann mindestens eine Gleichstrom- und/oder mindestens eine Gleichspannungsquelle aufweisen. Der Begriff „Gleichstromquelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, welche eingerichtet ist, einen Gleichstrom bereitzustellen. Der Begriff „Gleichspannungsquelle“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, welche eingerichtet ist, eine Gleichspannung bereitzustellen. Die Gleichstromquelle und/oder die Gleichspannungsquelle können eingerichtet sein, einen Gleichstrom in der Heizumhüllung zu erzeugen. Der Begriff „Gleichstrom“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf ein in Stärke und Richtung im Wesentlichen konstanter elektrischer Strom beziehen. Der Begriff „Gleichspannung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine im Wesentlichen konstante elektrische Spannung beziehen. Unter „im Wesentlichen konstant“ kann ein Strom oder eine Spannung verstanden werden, welcher dessen Schwankungen für die beabsichtigte Wirkung unwesentlich ist. Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von Heizzonen aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung zwei oder mehr Heizzonen aufweisen. Jede Heizzone kann mindestens eine Heizumhüllung umfassen. Die Vorrichtung kann auch Bereiche aufweisen, in welchen keine Erwärmung des Einsatzstoffes erfolgt, beispielsweise reine Transportzonen.
Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von Strom- und/oder Spannungsquellen aufweisen, wobei die Strom- und/oder Spannungsquellen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: einphasigen oder mehrphasigen Wechselstrom- und/oder einphasigen oder mehrphasigen Wechselspannungsquellen oder Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquellen, und einer Kombination davon. Die Vorrichtung kann 2 bis M verschiedene Strom- und/oder Spannungsquellen aufweisen, wobei M eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die Strom- und/oder Spannungsquellen können mit oder ohne Regelungsmöglichkeit mindestens einer elektrischen Ausgangsgröße ausgestaltet sein. Die Strom- und/oder Spannungsquellen können unabhängig voneinander elektrisch regelbar sein. Die Strom- und/oder Spannungsquellen können identisch oder verschieden ausgestaltet sein. Beispielsweise kann die Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass Strom und/oder Spannung für verschiedene Zonen, insbesondere Heizzonen der Vorrichtung, insbesondere der Heizumhüllung, einstellbar sind. Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von Reaktionsrohren aufweisen. Reaktionsrohre können sich dabei eine gemeinsamen Heizumhüllung teilen oder jeweils eine zugeordneten Heizumhüllung aufweisen. Die Reaktionsrohre können zu verschiedenen Temperaturbereichen oder Zonen gehören. Die Reaktionsrohre selbst können ebenfalls Temperaturzonen aufweisen. Den einzelnen Reaktionsrohren können eine oder mehrere Strom- bzw. Spannungsquellen zugeordnet sein. Die Strom- und/oder Spannungszufuhr kann beispielsweise durch Verwendung mindestens eines Reglers jeweils abhängig von der Reaktion und Verfahrenstechnik angepasst werden. Durch Verwenden einer Mehrzahl von Strom- und/oder Spannungsquellen kann für verschiedene Zonen insbesondere die Spannung variiert werden. So kann erreicht werden, dass der Strom nicht zu hoch wird, was in zu heißen Reaktionsrohren resultieren würde oder umgekehrt zu kalten Reaktionsrohren.
Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von einphasigen oder mehrphasigen Wechselstrom- oder Wechselspannungsquellen aufweisen. Den Reaktionsrohren kann jeweils mindestens eine Heizumhüllung mit mindestens einer Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle zugeordnet sein, welche mit der Heizumhüllung verbunden ist, insbesondere elektrisch über mindestens eine elektrische Verbindung. Weiter sind Ausführungsformen denkbar, in welchen sich mindestens zwei Reaktionsrohre eine Heizumhüllung und eine Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle teilen. Zur Verbindung der Wechselstrom- oder Wechselspannungsquelle und der Heizumhüllung kann die Vorrichtung 2 bis N Zu- und Ableitungen aufweisen, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die jeweilige Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle kann dazu eingerichtet sein, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Heizumhüllung zu erzeugen. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können entweder geregelt oder ungeregelt sein. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können mit oder ohne Regelungsmöglichkeit mindestens einer elektrischen Ausgangsgröße ausgestal- tet sein. Der Begriff „Ausgangsgröße“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Strom- und/oder ein Spannungswert und/oder ein Strom- und/oder ein Spannungssignal beziehen. Die Vorrichtung kann 2 bis M verschiedene Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen aufweisen, wobei M eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können unabhängig voneinander elektrisch regelbar sein. So kann beispielsweise ein verschiedener Strom in der jeweiligen Heizumhüllung erzeugt und verschiedene Temperaturen in den Reaktionsrohren erreicht werden.
Die Vorrichtung kann eine Mehrzahl von Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquellen aufweisen. Jedem Reaktionsrohr kann mindestens eine Heizumhüllung und mindestens eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle zugeordnet sein, welche mit der Heizumhüllung verbunden ist, insbesondere elektrisch über mindestens eine elektrische Verbindung. Weiter sind Ausführungsformen denkbar, in welchen sich mindestens zwei Reaktionsrohre eine Heizumhüllung und eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle teilen. Zur Verbindung der Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquellen und dem Heizzylinder kann die Vorrichtung 2 bis N positive Pole und/oder Leiter und 2 bis N negative Pole und/oder Leiter aufweisen, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die jeweilige Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquellen kann dazu eingerichtet sein, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Heizumhüllung zu erzeugen. Der erzeugte Strom kann den jeweiligen Reaktionsrohr durch Joule- sche Wärme, die bei Durchgang des elektrischen Stromes durch die Heizumhüllung entsteht, zum Erhitzen des Einsatzstoffes erwärmen.
Der erzeugte Strom in der Heizumhüllung kann das jeweilige Reaktionsrohr durch Joulesche Wärme, die bei Durchgang des elektrischen Stromes durch die Heizumhüllung entsteht, zum Erhitzen des Einsatzstoffes erwärmen. Der Begriff „Erwärmen des Reaktionsrohres“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Vorgang beziehen, welcher zu einer Änderung einer Temperatur des Reaktionsrohres führt, insbesondere einen Anstieg der Temperatur des Reaktionsrohres, und/oder dazu, dass die Temperatur des Reaktionsrohres im Wesentlichen konstant bleibt, beispielsweise, wenn die in dem Reaktionsrohr stattfindende Reaktion gleich viel Wärme aufnimmt wie sie bekommt. Die Begriffe „Erhitzen“ und „Erwärmen“ werde als Synonyme verwendet. Der Einsatzstoff kann beispielsweise bis zu einem vorgegebenen oder vorbestimmten Temperaturwert erhitzt werden. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein den Einsatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 1700 °C, bevorzugt 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt 400 °C bis 875 °C, zu erwärmen. Auch andere Temperaturen und Temperaturbereiche sind jedoch denkbar. Das Reaktionsrohr kann eingerichtet sein, die von der Heizumhüllung erzeugte Joulesche Wärme zumindest teilweise aufzunehmen und an den Einsatzstoff zumindest teilweise abzugeben. In dem Reaktionsrohr kann beispielsweise mindestens eine endotherme Reaktion erfolgen. Der Begriff „endothermen Reaktion““, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Reaktion beziehen, bei welcher Energie, insbesondere in Form von Wärme, aus der Umgebung aufgenommen wird. Die endotherme Reaktion kann ein Aufwärmen und/oder ein Vorwärmen des Einsatzstoffes umfassen. Insbesondere kann der Einsatzstoff in dem Reaktionsrohr erhitzt werden.
Die Vorrichtung kann mindestens einen Temperatursensor aufweisen, welche eingerichtet ist eine Temperatur des Reaktionsrohres zu bestimmen, insbesondere zu messen. Der Temperatursensor kann ein elektrisches oder elektronisches Element umfassen, welches eingerichtet ist ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Temperatur zu erzeugen. Beispielsweise kann der Temperatursensor mindestens ein Element aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Heißleiter, einem Kaltleiter, einem Halbleiter-Temperatursensor, einem Temperaturfühler mit Schwingquarz, einem Thermoelement, einem pyroelektrischen Material, einem Pyrometer, einer Wärmebildkamera, einem ferromagnetischen Temperatursensor, einem faseroptischen Temperatursensor. Die Temperatur kann am Eingang und Ausgang des Reaktionsrohres im und/oder am Reaktionsrohr gemessen werden. Beispielsweise kann an mehreren Stellen im Reaktionsrohr gemessen werden, um die Temperatur über die Länge des Reaktionsrohres zu bestimmen und anzupassen für eine optimale Prozessführung. Regelung für die Temperatur kann über mindestens ein Reglungsglied erfolgen. Dieses kann beispielswiese bei einem sogenannten Hotspot die Strom- oder Spannungszufuhr ausschalten. Bei zu geringer Temperatur kann die Regelung die Strom- oder Spannungszufuhr erhöhen. Der Temperatursensor kann mit einer Funkverbindung oder einer festen Verbindung mit der Regelung verbunden sein. Die Regelung kann mit einer Funkverbindung oder einer festen Verbindung mit der Strom- oder Spannungsquelle verbunden sein. Eine Temperaturmessung und -regelung kann im sogenannten „closed-loop-mode“ mittels eingebauten Temperatursensoren und Strom- und/oder Spannungsregelung möglich sein.
Die Vorrichtung kann mindestens eine Steuerungseinheit aufweisen, welche eingerichtet ist, die Strom- oder Spannungsquelle abhängig von einer mit dem Temperatursensor gemessenen Temperatur zu regeln. Der Begriff „Steuerungseinheit“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine elektronische Vorrichtung beziehen, welche eingerichtet ist, um mindestens ein Element der Vorrichtung zusteuern und/oder zu regeln. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit eingerichtet sein, um von dem Temperatursensor erzeugte Signale auszuwerten und die Strom- oder Spannungsquelle in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur zu regeln. Beispielsweise können zu diesem Zweck eine oder mehrere elektronische Verbindungen zwischen dem Temperatursensor und der Steuerungseinheit vorgesehen sein. Die Steuerungseinheit kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens einen Computer o- der Mikrocontroller. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen oder mehrere flüchtige und/oder nicht flüchtige Datenspeicher aufweisen, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung beispielsweise programmtechnisch eingerichtet sein kann, um den Temperatursensor anzusteuern. Die Steuerungseinheit kann weiterhin mindestens eine Schnittstelle umfassen, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle und/oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wie beispielsweise eine Eingabe-/ Ausgabe-Vorrichtung wie ein Display und/oder eine Tastatur. Die Steuerungseinheit kann beispielsweise zentral oder auch dezentral aufgebaut sein. Auch andere Ausgestaltungen sind denkbar. Die Steuerungseinheit kann mindestens einen A/D-Wandler aufweisen. Die Vorrichtung kann eine online-Temperaturmessung umfassen. Unter einer „onli- ne-Temperaturmessung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Messung der Temperatur mit dem mindestens einem Temperatursensor verstanden werden, welche während des Transports und/oder der Reaktion des Einsatzstoffes in dem Reaktionsrohr erfolgt. So kann eine Regelung der Temperatur während des Betriebs erfolgen. Insbesondere kann eine Temperaturmessung und Regelung über eine Reaktorlänge erfolgen.
Die Heizumhüllung kann derart angeordnet sein, dass die Heizumhüllung das Reaktionsrohr zumindest teilweise umgibt. Unter „zumindest teilweise umgeben“ können Ausführungsformen verstanden werden, in welchen ein Element ein anderes vollständig umgibt, und Ausführungsformen, in welchen nur Teilbereiche des anderen Elements von dem Element umgeben werden. Beispielsweise können Ausführungsformen verstanden werden, in welchen die Heizumhüllung das Reaktionsrohr vollständig umgibt, und Ausführungsformen, in welchen nur Teilbereiche des Reaktionsrohres von der Heizumhüllung umgeben werden. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr als Innenzlinder in der Heizumhüllung angeordnet sein. Beispielsweise können eine Mehrzahl von Reaktionsrohren innerhalb der Heizumhüllung angeordnet sein. Beispielsweise können mehrere Heizumhüllungen schellenförmig um die Reaktionsrohre angeordnet sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr spiralförmig sein und um das Reaktionsrohr herum kann die Heizumhüllung angeordnet sein. Auch sind Ausführungsformen denkbar, in welcher verschiedene oder gleichartige Heizumhüllungen um verschiedene Bereiche eines Reaktionsrohres oder mehrerer Reaktionsrohre angeordnet sind und eine individuelle Beheizung der Bereiche des Reaktionsrohres oder der Reaktionsrohre ermöglicht werden kann.
Die Heizumhüllung kann das Reaktionsrohr direkt umgeben und eingerichtet sein, um an das Reaktionsrohr ihre durch Strom erzeugte Wärme abzugeben. Der Begriff „direkt umgeben“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Anordnung des Reaktionsrohres und der Heizumhüllung als benachbarte Rohre der Vorrichtung beziehen. Insbesondere kann kein weiteres Rohr zwischen dem Reaktionsrohr und der Heizumhüllung angeordnet sein. Das Reaktionsrohr beispielsweise kann ein elektrisch nichtleitendes, insbesondere nicht-metallisches, Reaktionsrohr sein. Das Reaktionsrohr kann als ein direkt elektrisch beheiztes Reaktionsrohr ausgestaltet sein. Das Reaktionsrohr und die Heizumhüllung können als ein monolithisches Rohr, insbesondere als ein einziges elektrisch leitfähiges Rohr, ausgestaltet sein das durch den Durchfluss von elektrischem Strom durch Joulesche Wärme erhitzt wird. Das Reaktionsrohr und die Heizumhüllung können aus einem Stück sein.
Auch andere Anordnungen von Reaktionsrohr und Heizumhüllung sind jedoch denkbar. Beispielsweise kann die Heizumhüllung das Reaktionsrohr indirekt umgeben. Der Begriff „indirekt umgeben“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Anordnung des Reaktionsrohres und der Heizumhüllung beziehen, in welcher mindestens ein weiteres Element der Vorrichtung, insbesondere ein weiteres Rohr, zwischen dem Reaktionsrohr und der Heizumhüllung angeordnet ist. Das Reaktionsrohr beispielsweise kann ein elektrisch leitendes, insbesondere metallisches, Reaktionsrohr sein. Die Vorrichtung kann mindestens einen, insbesondere wärmeleitenden, galvanischen Isolator aufweisen. Der galvanische Isolator kann zwischen dem Reaktionsrohr und der Heizumhüllung angeordnet sein. Der galvanische Isolator kann eingerichtet sein, um das Reaktionsrohr galvanisch von der Heizumhüllung zu isolieren und Wärme von der Heizumhüllung zu dem Reaktionsrohr zu übertragen. Der Begriff „galvanischer Isolator“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf einen Nichtleiter oder Schlechtleiter beziehen. Der galvanische Isolator kann einen spezifischen elektrischen Widerstand p von 1x105 Q m < p < 1x1014 m aufweisen. Ein Wärmeübergangskoeffizient kann hoch sein. Der galvanische Isolator kann eine Wärmeleitfähigkeit A von 10 W/(mK) < A < 6000 W/(mK) aufweisen, bevorzugt von 20 W/(mK) < A < 5000 W/(mK). Der galvanische Isolator kann mindestens ein Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen, glasartigen, glasfaserverstärkten, kunststoffartigen oder harzartigen Werkstoffen, wie beispielsweise Keramik, Steatit, Porzellan, Glas, glasfaserverstärkter Kunststoff, Epoxidharz, Duroplast, Elastomeren, als auch elektrisch ausreichend isolierenden Flüssigkeiten, einer isolierenden Farbe. Der galvanische Isolator kann als ein oder mehreres von einem Rohr, einer dünnen Folie, einem Belag, oder einer Schicht ausgestaltet sein. Der galvanische Isolator kann beispielsweise ein flexibler galvanischer Isolator sein, beispielsweise eine dünne Folie. So kann eine Ausdehnung bei Temperaturunterschieden ermöglicht werden. Der galvanische Isolator kann zur Wärmeübertragung von der unter Spannung stehenden Heizumhüllung zu dem Reaktionsrohr eingerichtet sein. Der galvanische Isolator kann dabei das Reaktionsrohr von der Heizumhüllung galvanisch isolieren.
Die Vorrichtung weist mindestens eine das Reaktionsrohr zumindest teilweise umschließende Energierückgewinnungsumhüllung auf. Unter „zumindest teilweise umschließen“ können Ausführungsformen verstanden werden, in welchen ein Element ein anderes Element vollständig umschließt, und Ausführungsformen, in welchen nur Teilbereiche des anderen Elements von dem Element umschlossen werden. Beispielsweise können Ausführungsformen verstanden werden, in welchen die Energierückgewinnungsumhüllung das Reaktionsrohr vollständig umschließt, und Ausführungsformen, in welchen nur Teilbereiche des Reaktionsrohres von der Energierückgewinnungsumhüllung umschlossen werden. Der Begriff „Energierückgewinnungsumhüllung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Umhüllung beziehen, welche eingerichtet ist, die für die Erwärmung des Einsatzstoffes aufgewendete Energie zumindest teilweise zurückzugewinnen.
Die Energierückgewinnungsumhüllung weist mindestens einen thermoelektrischen Generator (TEG) auf, welcher eingerichtet ist Wärme in elektrische Energie umzuwandeln. Der Begriff „umwandeln“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine thermoelektrische Energieumwandlung beziehen. Die Umwandlung der Wärme in Energie kann zumindest teilweise erfolgen. Beispielsweise kann der TEG einen Wirkungsgrad von 5-10 % aufweisen.
Der Begriff „thermoelektrischer Generator“, auch als Seebeck-Generator bezeichnet, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Vorrichtung, welche eingerichtet ist Wärmeströme (Temperaturunterschiede) durch den sogenannten Seebeck-Effekt in elektrische Energie umzuwandeln. Die Energierückgewinnungsumhüllung kann eingerichtet sein bei einer exothermen Reaktion, insbesondere bei einer Entkokung, in dem Reaktionsrohr entstehende Wärme in elektrische Energie umzuwandeln. Eine chemische Reaktion kann als exotherm angesehen werden, wenn sie mehr Energie freisetzt, als ihr zunächst als Aktivierungsenergie zugeführt wurde. Die exotherme Reaktion kann während einer Entkokung und/oder Oxidation der Ablagerungen des Reaktionsrohrs ablaufen. Beispielsweise kann ein Temperaturunterschied dadurch gegeben sein, dass in dem Reaktionsrohr eine Temperatur von 1000 °C ist und an einer Außenumhüllung der Vorrichtung, beispielsweise nach einer Kühlung, eine Temperatur von 20 °C.
Der TEG kann beispielsweise wie in US 2014/0238459 A1 , Mengjun Zhang et al., “Performance comparison of annular and flat-plate thermoelectric generators for cylindrical hot source“, https://doi.Org/10.1016/j.egyr.2021.01.008, 2352-4847/2021 veröffentlicht durch Elsevier Ltd., beschrieben ausgestaltet sein. Eine Verwendung von TEGs ist auf anderen technischen Gebieten bekannt, beispielsweise für Wärmekraftwerke aus KR 20190040433, für thermoelektrische Gasherde für den Hausgebrauch aus CN 106953548, für Fahrzeug-Abgaseinrichtungen aus EP3151293, oder für Widerstandsheizungen aus JP2008032341 und JP2002171776.
Die Energierückgewinnungsumhüllung kann mindestens ein Material aufweisen mit einem thermoelektrischen Gütewert ZT von > 0,5, bevorzugt > 0,8, besonders bevorzugt > 1 . Der thermoelektrische Gütewert kann beschrieben werden als ZT=(a2(T) •O(T)»T)/K(T), wobei a der Seebeckkoeffizient, a die elektrische Leitfähigkeit, K die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials ist. Die Energierückgewinnungsumhüllung kann mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus: Blei-Tellur (Pb-Te), mindestens ein Tellurid, mindestens ein Silikon, mindestens ein Silikat, mindestens ein Silizid, mindestens einem Si-Ge Silizid, mindestens ein Polymer, mindestens eine Keramik, mindestens einem Skutterudit, CoSb3- Skutterudit, Germanium, mindestens eine Halb-Heusler-Legierung, Mg2(Sn, Si), Sri-xAxZni-yGaySni-zXz (A: Ca, Ba, La, Eu; X: Si, Sb), Cai-xAxAl2-yTMySi2 (A=Sr, Ba;TM=Mn, Zn). Der TEG kann eine Dicke von 2 mm bis 50 mm, bevorzugt 2 mm bis 30 mm, besonders bevorzugt 5 mm bis 30 mm.
Die Energierückgewinnungsumhüllung kann eine Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen aufweisen. Der Begriff „Modul”, wie er hier verwendet wird, ist somit ebenfalls ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine mehrteilige Ausführungsform der Energierückgewinnungsumhüllung beziehen.
Der TEG kann flach oder ringförmig ausgestaltet sein, wie beispielsweise in Mengjun Zhang et al., “Performance comparison of annular and flat-plate thermoelectric generators for cylindrical hot source“, https://doi.Org/10.1016/j.egyr.2021.01.008, 2352-4847/2021 veröffentlicht durch Elsevier Ltd. beschrieben. Die Geometrie und/oder Modularität des TEG kann abhängig von der Geometrie des Reaktionsrohres und/oder von einem zu erwartenden Temperaturunterschied sein.
Das Reaktionsrohr und die Energierückgewinnungsumhüllung können konzentrisch angeordnet sein. Das Reaktionsrohr kann ein inneres Rohr sein und die Energierückgewinnungsumhüllung weiter außen angeordnet sein. Beispielsweise kann die Energierückgewinnungsumhüllung eine äußere Umhüllung der Vorrichtung sein. Auch andere Ausführungen sind jedoch denkbar. Beispielsweise kann die Vorrichtung zusätzlich eine Außenumhüllung aufweisen, welche sämtliche Rohre der Vorrichtung zumindest teilweise umschließt.
Die Vorrichtung kann mindestens einen Energiespeicher zur Aufnahme der elektrischen Energie von der Energierückgewinnungsumhüllung und/oder mindestens eine Zuleitung zu einem Verbraucher zur Zuleitung der elektrischen Energie von der Energierückgewinnungsumhüllung aufweisen. Die Aufnahme kann vollständig oder zumindest teilweise sein. Die Aufnahme kann ein Speichern umfassen. Die Aufnahme kann eine Umwandlung der elektrischen Energie in eine weitere Energieform umfassen. Der Verbraucher kann beispielsweise eines oder mehreres von einer Ladestation, einer Beleuchtung, ein anderer Reaktor oder ein anderer beliebiger Verbraucher sein. Beispiele sind Wärmeaustauscher, Wärmeüberträger, Energiespeicher, Batterien oder Akkus. Die aufgenommene Energie kann zum Beheizen des Reaktionsrohres, von welchem die Energie zurückgewonnen wurde, oder eines anderen Reaktionsrohres verwendet werden. Auch andere Verwendungen der zurückgewonnenen Energie sind denkbar. Das TEG kann derart ausgestaltet sein, dass die elektrische Energie direkt entzogen werden kann. Die Vorrichtung kann deshalb derart ausgestaltet sein, dass die Temperatur direkt am TEG nicht zu heiß und gleichzeitig nicht zu kalt ist. Das verwendete Material des TEGs kann über einen Temperaturbereich beständig sein, insbesondere bei Temperaturen, auf welche der Einsatzstoff erwärmt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung weitere Elemente zum Schutz der TEG aufweisen, beispielsweise zur Kühlung oder Vorkühlung. Abhängig von den Materialien der TEGs, kann so die Temperatur angepasst werden.
Die Vorrichtung kann mindestens eine Kühlumhüllung aufweisen, welche eingerichtet ist die Energierückgewinnungsumhüllung zumindest teilweise zu umschließen. Die Kühlumhüllung kann eingerichtet sein, um auf eine Raumtemperatur oder tiefer zu kühlen. Der Begriff „Kühlumhüllung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine Umhüllung beziehen, welche eingerichtet ist einen Temperaturunterschied zu einer Temperatur des Reaktionsrohres, insbesondere eines Mantels des Reaktionsrohres, einzustellen, beispielsweise auf einen vorgegebenen Wert. Die Kühlumhüllung kann mindestens ein Kühlmedium aufweisen.
Der Begriff „Außenumhüllung“, wie er hier verwendet wird, ist ein weiter Begriff, dem seine gewöhnliche und gängige Bedeutung beigemessen werden soll, wie der Fachmann sie versteht. Der Begriff ist nicht beschränkt auf eine spezielle oder angepasste Bedeutung. Der Begriff kann, ohne Beschränkung, sich insbesondere auf eine äußerste Umhüllung der Vorrichtung beziehen, welche, insbesondere in einer konzentrischen Anordnung. Die Außenumhüllung kann sämtlich Elemente der Vorrichtung, insbesondere sämtliche Rohre, aufnehmen. Die Außenumhüllung kann als Gehäuse eingerichtet sein. Die Außenumhüllung kann eingerichtet sein, die Vorrichtung sowohl galvanisch zu isolieren. Die Außenumhüllung kann wärmeisolierend wirken und einen Wärmeverlust nach außen zumindest teilweise zu reduzieren. Unter „einen Wärmeverlust nach außen zumindest teilweise zu reduzieren“ können im Rahmen der vorliegenden Erfindung Ausführungsformen mit einer vollständigen Wärmeisolation verstanden werden und auch Ausführungsformen, in welchen eine unvollständige Wärmereduzierung erfolgt, beispielsweise bis zu einer vorbestimmten Temperatur. Beispielsweise kann die Außenumhüllung mindestens einen Teilbereich entlang der Heizumhüllung umgeben, beispielsweise an mindestens einem besonders hitzeempfindlichen und/oder hitzesensitiven äußeren Umgebungsbereich. Die Außenumhüllung kann hinsichtlich der verwendeten Materialien mit einem spezifischen elektrischen Widerstand und Wärmeleitfähigkeit eingerichtet sein wie der oben beschriebene galvanische Isolator zwischen dem Reaktionsrohr und der Heizumhüllung.
In einem weiteren Aspekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Anlage umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgeschlagen. Hinsichtlich der Ausgestaltung und Definitionen zu der Anlage kann auf die Beschreibung der Vorrichtung weiter oben und unten verwiesen. Die Anlage ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, Herstellung von, Acetylen, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren.
In einem weiteren Aspekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Rückgewinnung von elektrischer Energie unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Durchströmen des Reaktionsrohres mit dem Einsatzstoff;
Umwandeln von, bei einer chemischen Reaktion in dem Reaktionsrohr entstehenden, Wärme mit dem thermoelektrischen Generator der Energierückgewinnungsumhüllung in elektrische Energie.
Das Verfahren kann weiter einen Speicherschritt aufweisen, in welchem die elektrische Energie in mindestens einem Energiespeicher gespeichert wird und/oder einem Verbraucher zugeführt wird.
Hinschlich Ausführungsformen und Definitionen kann auf obige Beschreibung der Vorrichtung verwiesen werden. Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei einer 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 Beschreibung erwähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden.
Zusammenfassend sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung folgende Ausführungsformen besonders bevorzugt:
Ausführungsform 1 Vorrichtung umfassend eine Mehrzahl von Rohren, wobei mindestens eines der Rohre als Reaktionsrohr zur Durchströmung mit mindestens einem Einsatzstoff eingerichtet ist, wobei die Vorrichtung mindestens eine das Reaktionsrohr zumindest teilweise umschließende Energierückgewinnungsumhüllung aufweist, wobei die Energierückgewinnungsumhüllung mindestens einen thermoelektrischen Generator aufweist, welcher eingerichtet ist Wärme in elektrische Energie umzuwandeln.
Ausführungsform 2 Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnungsumhüllung eingerichtet ist bei einer exothermen Reaktion in dem Reaktionsrohr entstehende Wärme in elektrische Energie umzuwandeln. Ausführungsform 3 Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherme Reaktion während einer Entkokung und/oder Oxidation von Ablagerungen des Reaktionsrohrs abläuft.
Ausführungsform 4 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnungsumhüllung mindestens ein Material aufweist mit einem thermoelektrischen Gütewert ZT von > 0,5, bevorzugt > 0,8, besonders bevorzugt > 1 .
Ausführungsform 5 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnungsumhüllung mindestens ein Material umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus: Blei-Tellur (Pb-Te), mindestens ein Tellurid, mindestens ein Silikon, mindestens ein Silikat, mindestens ein Silizid, mindestens einem Si-Ge Silizid, mindestens ein Polymer, mindestens eine Keramik, mindestens einem Skutterudit, CoSb3-Skutterudit, Germanium, mindestens eine Halb-Heusler-Legierung, Mg2(Sn, Si), Sri-xAxZni-yGaySni-zXz (A: Ca, Ba, La, Eu; X: Si, Sb), Cai-xAxAl2-yTMySi2 (A=Sr, Ba;TM=Mn, Zn).
Ausführungsform 6 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnungsumhüllung eine Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen aufweist.
Ausführungsform 7 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsrohr und die Energierückgewinnungsumhüllung konzentrisch angeordnet sind, wobei das Reaktionsrohr ein inneres Rohr ist und die Energierückgewinnungsumhüllung weiter außen angeordnet ist.
Ausführungsform 8 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnungsumhüllung eine äußere Umhüllung der Vorrichtung ist.
Ausführungsform 9 Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, wobei die Vorrichtung zusätzlich eine Außenumhüllung aufweist, welche sämtliche Rohre der Vorrichtung zumindest teilweise umschließt.
Ausführungsform 10 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsrohr mindestens ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: mindestens einem ferritischen Werkstoff, mindestens einem austenitischen Werkstoff, mindestens einem Metall, mindestens einer metallischen Legierung, Kupfer, Aluminium, Eisen, Stahl-, Cr-, und/oder Ni-Legierung, Graphit, Carbon, Carbid, Silizid. Ausführungsform 11 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsrohr ein elektrisch leitendes Rohr ist.
Ausführungsform 12 Vorrichtung nach einem der Ausführungsformen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsrohr als keramisches Rohr ausgestaltet ist.
Ausführungsform 13 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Stromleitendende Heizumhüllung aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens eine Strom- oder Spannungsquelle aufweist, welche eingerichtet ist einen elektrischen Strom in der Heizumhüllung zu erzeugen, welcher das Reaktionsrohr durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch die Heizumhüllung entsteht, erwärmt.
Ausführungsform 14 Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizumhüllung das Reaktionsrohr zumindest teilweise umgibt.
Ausführungsform 15 Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizumhüllung das Reaktionsrohr direkt umgibt und eingerichtet ist, um an das Reaktionsrohr ihre durch Strom erzeugte Wärme abzugeben.
Ausführungsform 16 Vorrichtung nach Ausführungsform 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen galvanischen Isolator aufweist, wobei der galvanische Isolator zwischen dem Reaktionsrohr und der Heizumhüllung angeordnet ist, wobei der galvanische Isolator eingerichtet ist, um das Reaktionsrohr galvanisch von der Heizumhüllung zu isolieren und Wärme von der Heizumhüllung zu dem Reaktionsrohr zu übertragen.
Ausführungsform 17 Vorrichtung nach der vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass der galvanische Isolator mindestens ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen, glasartigen, glasfaserverstärkten, kunststoffartigen oder harzartigen Werkstoffen, einer isolierenden Farbe, wobei der galvanische Isolator als ein oder mehreres von einem Rohr, einer dünnen Folie, einem Belag, oder einer Schicht ausgestaltet ist.
Ausführungsform 18 Vorrichtung nach einer der fünf vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Temperatursensor aufweist, welche eingerichtet ist eine Temperatur des Reaktionsrohrs zu bestimmen, wobei die Vorrichtung mindestens eine Steuerungseinheit aufweist, welche eingerichtet ist die Stromoder Spannungsquelle abhängig von einer mit dem Temperatursensor gemessenen Temperatur zu regeln.
Ausführungsform 19 Vorrichtung nach einer der sechs vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom- und/oder Spannungsquelle eine einphasige oder mehrphasige Wechselstrom- und/oder einphasige oder mehrphasige Wechselspannungsquelle oder eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle umfasst.
Ausführungsform 20 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Kühlumhüllung aufweist, welche eingerichtet ist die Energierückgewinnungsumhüllung zumindest teilweise zu umschließen, wobei die Kühlumhüllung eingerichtet ist, um auf eine Raumtemperatur oder tiefer zu kühlen.
Ausführungsform 21 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens einen Energiespeicher zur Aufnahme der elektrischen Energie von der Energierückgewinnungsumhüllung und/oder mindestens eine Zuleitung zu einem Verbraucher zur Zuleitung der elektrischen Energie von der Energierückgewinnungsumhüllung aufweist.
Ausführungsform 22 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eingerichtet ist den Einsatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 1700 °C, bevorzugt 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt 400 °C bis 875 °C, zu erwärmen.
Ausführungsform 23 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl von Reaktionsrohren aufweist, wobei die Vorrichtung I Reaktionsrohre aufweist, wobei I eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist, wobei die Reaktionsrohre symmetrische oder unsymmetrische Rohre und/oder eine Kombination davon aufweisen.
Ausführungsform 24 Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstoff mindestens ein Medium aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Luft, mindestens einem sauerstoffhaltigen Medium, Wasser, Wasserdampf, und mindestens einem oxidierenden Medium.
Ausführungsform 25 Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsrohr zur Durchströmung mindestens eines Einsatzstoffes zur Durchführung mindestens einer endothermen Reaktion eingerichtet ist.
Ausführungsform 26 Anlage umfassend mindestens eine Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, Herstellung von, Acetylen, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren. Ausführungsform 27 Verfahren zur Rückgewinnung von elektrischer Energie unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einer der vorhergehenden, eine Vorrichtung betreffenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Durchströmen des Reaktionsrohres mit dem Einsatzstoff;
- Umwandeln von, bei einer chemischen Reaktion in dem Reaktionsrohr entstehenden, Wärme mit dem thermoelektrischen Generator der Energierückgewinnungsumhüllung in elektrische Energie.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. 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 und 1 b Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Reaktionsrohr;
Figuren 2a und 2b Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Reaktionsrohren;
Figuren 3a und 3b Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend zwei Heizzonen;
Figuren 4a bis 4y Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Baukasten mit Rohrtypen für mögliche Reaktionsrohre und Beispiele für Variationen;
Figuren 5a und 5b Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Kühlkreislauf;
Figuren 6a und 6b Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung analog zu den Figuren 1a und 2a mit einem rechteckigen Rohrdesign;
Figuren 7a und 7b Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem rechteckigen Rohrdesign mit Kühlkreislauf; und
Figuren 8a bis 8d Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Energiespeichern und Anwendungsbeispielen.
Ausführungsbeispiele
Figuren 1a und 1 b zeigen eine schematische Darstellung von zwei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 mit jeweils einem Reaktionsrohr 112. Die Vorrichtung 110 umfasst eine Mehrzahl an Rohren. Die Vorrichtung 110 umfasst beispielsweise in den in Figuren 1 a und 1 b Ausführungsformen drei konzentrisch angeordnete Hohlzylinderrohre. Mindestens eines der Rohre ist als Reaktionsrohr 112 zur Durchströmung mit mindestens einem Einsatzstoff eingerichtet. Die Vorrichtung 110 kann mindestens einen Reaktivraum 111 aufweisen. Die Vorrichtung 110 kann einsetzbar sein in einer Anlage, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Tro- ckenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehyd- rierung, Herstellung von, Acetylen, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren.
Das Reaktionsrohr 112 kann als ein durchströmbares Rohr ausgestaltet sein. Das Reaktionsrohr 112 kann eingerichtet sein, zur Durchströmung mit dem Einsatzstoff. Das Reaktionsrohr 112 kann eingerichtet sein, dass mindestens eine chemische Reaktion, und/oder ein Teilreaktion, in dem Reaktionsrohr ablaufen kann. Das Reaktionsrohr 112 kann mindestens eine Rohrleitung und/oder mindestens ein Rohrleitungssegment 114 und/oder mindestens eine Rohrleitungsschlange umfassen. Ein Rohrleitungssegment 114 kann ein Teilbereich einer Rohrleitung sein.
Das Reaktionsrohr kann beispielsweise zur Erwärmung des Einsatzstoffes eingerichtet sein. Das Reaktionsrohr 112 kann ein Reaktor und/oder ein Ofen oder ein Teil dieser sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 112 als Reaktor eines Verbrennungsofens und/oder eines elektrisch beheizbaren Reaktors ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 112 wie beispielsweise in H. Zimmermann und R. Walzl, „Ethylene“, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, DOI: 10.1002/14356007.a10_045.pub3, EP 2 653 524 A1 , US 4,361 ,478 A, EP 0 245 839 A1 oder EP3415587A1 beschrieben als Reaktor eines Verbrennungsofens ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 112 wie beispielsweise in WO 2015/197181 A1 , WO 2020/035575 A1 , und WO 2020/035574 A1 beschrieben als elektrisch beheizbarer Reaktor ausgestaltet sein.
Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material des Reaktionsrohres 112 können abhängig von dem Einsatzstoff sein. Alternativ oder zusätzlich können Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material des Reaktionsrohres 112 abhängig von einer gewünschten Reaktion und/oder Vermeidung einer bestimmten Reaktion und/oder von einer Optimierung der Reaktion und/oder anderen Faktoren abhängig sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 112 als ein Hohlzylinder ausgestaltet sein. Beispielsweise können, wie in den Figuren 1 a bis 3b dargestellt, sämtliche Rohre der Vorrichtung 110 als Hohlzylinder ausgestaltet sein. Die Rohre können vollständig zylindrisch ausgestaltet sein oder auch nicht zylindrische Abschnitte aufweisen. Der Hohlzylinder kann beispielsweise ein Kreiszylinder mit Radius r und einer Länge h, auch als Höhe bezeichnet, sein. Der Kreiszylinder kann eine Bohrung entlang einer Achse aufweisen. Auch Abweichungen von einer Kreiszylindergeometrie sind denkbar. Beispielsweise kann das Rohr eine elliptischen Querschnittsfläche aufweisen. Auch andere Geometrien sind denkbar.
Der Einsatzstoff kann ein grundsätzlich beliebiges fließfähiges Medium sein. Der Einsatzstoff kann flüssig oder gasförmig sein. Der Einsatzstoff kann mindestens ein Medium aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Luft, mindestens einem sauerstoffhaltigen Medium, Wasser, Wasserdampf, und mindestens einem oxidierenden Medium. Auch andere Einsatzstoffe sind denkbar. In den oben aufgelisteten Anlagen zur Durchführung mindestens einer endothermen Reaktion treten eine Reihe von Nebenreaktionen auf, die beispielsweise zu einer Verkokung von Anlagenteilen, insbesondere der Reaktionsrohre 112 führen können. Es ist deshalb üblich, beispielsweise in festen oder regelmäßigen Abständen, exotherme Reaktionen zum Abbrennen der Verkokung, insbesondere eine sogenannte Entkokung der Anlage, durchzuführen. Bei einer Entkokung kann der Einsatzstoff, auch als Entkokungsgas bezeichnet in das Reaktionsrohr 112 geleitet werden und die Verkokungen mindestens einer exothermen Reaktion abgebrannt werden.
Das Reaktionsrohr 112 kann ein elektrisch leitfähiges, insbesondere ein metallisches, Reaktionsrohr 112, oder ein elektrisch nichtleitendes Reaktionsrohr 112 sein. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 a kann das Reaktionsrohr ein elektrisch leitfähiges, metallisches Reaktionsrohr sein. Das Reaktionsrohr 112 kann einen spezifischen elektrischen Widerstand von kleiner 101 Q m aufweisen. Das Reaktionsrohr 112 kann einen spezifischen elektrischen Widerstand p von 1 »10’8 m < p < 10 1 m aufweisen. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 112 mindestens ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: mindestens einem ferritischen Werkstoff, mindestens einem austenitischen Werkstoff, mindestens einem Metall, mindestens einer metallischen Legierung, Kupfer, Aluminium, Eisen, Stahl-, Cr-, und/oder Ni-Legierung, Graphit, Carbon, Carbid, Silizid.
Auch Ausgestaltungen des Reaktionsrohrs 112 als elektrisch nichtleitende Rohre oder schlechtleitende Rohre sind jedoch denkbar, wie in Figur 1 b dargestellt. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 112 aus einer Keramik oder Materialien mit ähnlichem spezifischen Widerstand hergestellt sein. Das Reaktionsrohr 112 kann als galvanischer Isolator ausgestaltet sein. Das Reaktionsrohr 112 kann einen spezifischen elektrischen Widerstand von über 105 Q-m aufweisen. Das Reaktionsrohr 112 kann einen spezifischen elektrischen Widerstand p von 1x105 m < p < 1x1020 m, bevorzugt von 1x105 Q m < p < 1x1014 Q m, aufweisen. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 112 als keramisches Rohr ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 112 mindestens ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: MgO, AI2O3, B-Nitrid, Al-Nitrid, Al-Silikat (Mullit), ZrÜ2, Mg-Al-Silikat (Cordierit), Mg-Silikat (Steatit), Si- Nitrid.
Die Vorrichtung 110 kann mindestens eine Heizumhüllung 129 aufweisen, wie in den Figuren 1 a und 1 b dargestellt. Die Vorrichtung 110 kann mindestens eine Strom- oder Spannungsquelle 126 aufweisen, welche eingerichtet ist einen elektrischen Strom in der Heizumhüllung 129 zu erzeugen, welcher das Reaktionsrohr 112 durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch die Heizumhüllung 129 entsteht, erwärmt. Die Heizumhüllung 129 kann eine Umhüllung sein, welche eingerichtet ist, um ihr zugeführte Energie in Form von Wärme an das Reaktionsrohr 112 zu übertragen. Die Heizumhüllung 129 kann das Reaktionsrohr 112 zumindest teilweise umgeben. Geometrie und/oder Material der Heizumhüllung 129 kann auf das zu erwärmende Reaktionsrohr 112 angepasst sein. So kann ein energieeffizientes Erwärmen des Reaktionsrohres 112 möglich sein.
Die Heizumhüllung 129 kann mindestens ein Material aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ferritischen oder austenitischen Werkstoffen z.B. CrNi Legierung, CrMo oder Keramik. Beispielsweise kann die Heizumhüllung aus mindestens einem Metall und/oder mindestens einer Legierung hergestellt sein wie Kupfer, Aluminium, Eisen, Stahl- oder Cr-, Ni- Legierungen, Graphit, Carbon, Carbide, Silizide. Auch Halbleiter als Material für die Heizumhüllung sind denkbar beispielsweise Ge, Si, Selenide, Telluride, Arsenide, Antimonid.
Die Heizumhüllung 129 kann eine stromleitende Heizumhüllung sein. Die Heizumhüllung 129, insbesondere mit angeschlossener Strom- oder Spannungsquelle 126, kann einen spezifischen elektrischen Widerstand p von 1x10-8 m < p < 105 m aufweisen. Die Heizumhüllung 129 kann eine Wärmeleitfähigkeit A von 10 W/(mK) < A < 6000 W/(mK) aufweisen, bevorzugt von 20 W/(mK) < A < 5000 W/(mK). Die Heizumhüllung 129 kann temperaturbeständig sein in einem Bereich bis zu 2000°C, bevorzugt bis zu 1300°C, besonders bevorzugt bis zu 1000°C.
Wie oben ausgeführt kann die Vorrichtung 110 mindestens eine Strom- oder mindestens eine Spannungsquelle 126 aufweisen, welche eingerichtet ist, einen elektrischen Strom in der Heizumhüllung 129 zu erzeugen, welcher das Reaktionsrohr 112 durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch die Heizumhüllung entsteht, erwärmt. Die Strom- und/oder die Spannungsquelle 126 kann eine einphasige oder mehrphasige Wechselstrom- und/oder einphasige oder mehrphasige Wechselspannungsquelle oder eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle umfassen. Die Vorrichtung 110 kann mindestens eine Zu- und Ableitung 127 aufweisen, welcher die Strom- und/oder Spannungsquelle 126 mit der Heizumhüllung 129 elektrisch verbindet, insbesondere über elektrische Anschlüsse 128.
Der erzeugte Strom in der Heizumhüllung 129 kann das Reaktionsrohr 112 durch Joulesche Wärme, die bei Durchgang des elektrischen Stromes durch die Heizumhüllung 129 entsteht, zum Erhitzen des Einsatzstoffes erwärmen. Das Erwärmen des Reaktionsrohres 112 kann mindestens einen Vorgang umfassen, welcher zu einer Änderung einer Temperatur des Reaktionsrohres 112 führt, insbesondere einen Anstieg der Temperatur des Reaktionsrohres 112, und/oder dazu, dass die Temperatur des Reaktionsrohres 112 im Wesentlichen konstant bleibt, beispielsweise, wenn die in dem Reaktionsrohr 112 stattfindende Reaktion gleich viel Wärme aufnimmt wie sie bekommt. Der Einsatzstoff kann beispielsweise bis zu einem vorgegebenen oder vorbestimmten Temperaturwert erhitzt werden. Die Vorrichtung 110 kann eingerichtet sein den Einsatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 1700 °C, bevorzugt 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt 400 °C bis 875 °C, zu erwärmen. Auch andere Temperaturen und Temperaturbereiche sind jedoch denkbar. Das Reaktionsrohr 112 kann eingerichtet sein, die von der Heizumhüllung 129 erzeugte Joule- sche Wärme zumindest teilweise aufzunehmen und an den Einsatzstoff zumindest teilweise abzugeben. In dem Reaktionsrohr 112 kann beispielsweise mindestens eine endotherme Reaktion erfolgen. Die endotherme Reaktion kann ein Aufwärmen und/oder ein Vorwärmen des Einsatzstoffes umfassen. Insbesondere kann der Einsatzstoff in dem Reaktionsrohr 112 erhitzt werden.
Die Heizumhüllung 129 kann derart angeordnet sein, dass die Heizumhüllung 129 das Reaktionsrohr 112 zumindest teilweise umgibt. Beispielsweise kann die Heizumhüllung 129 das Reaktionsrohr 112 vollständig umgeben oder auch nur Teilbereiche des Reaktionsrohres 112. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 112 als Innenzlinder in der Heizumhüllung 129 angeordnet sein. Beispielsweise können mehrere Heizumhüllungen 129 schellenförmig um die Reaktionsrohre 112 angeordnet sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 112 spiralförmig sein und um das Reaktionsrohr 112 herum kann die Heizumhüllung 129 angeordnet sein. Auch sind Ausführungsformen denkbar, in welcher verschiedene oder gleichartige Heizumhüllungen 129 um verschiedene Bereiche eines Reaktionsrohres 112 oder mehrerer Reaktionsrohre 112 angeordnet sind und eine individuelle Beheizung der Bereiche des Reaktionsrohres 112 oder der Reaktionsrohre 112 ermöglicht werden kann.
Wie in Figur 1 b gezeigt, kann die Heizumhüllung 129 kann das Reaktionsrohr 112 direkt umgeben und eingerichtet sein, um an das Reaktionsrohr 112 ihre durch Strom erzeugte Wärme abzugeben. Das Reaktionsrohr 112 und die Heizumhüllung 129 können als benachbarte Rohre der Vorrichtung 110 angeordnet sein. Insbesondere kann kein weiteres Rohr zwischen dem Reaktionsrohr 112 und der Heizumhüllung 129 angeordnet sein.
In Figur 1 a ist eine andere Anordnung von Reaktionsrohr 112 und Heizumhüllung 129 gezeigt. Die Heizumhüllung 129 umgibt in dieser Anordnung das Reaktionsrohr 112 indirekt. Wie oben ausgeführt kann das in Figur 1 a gezeigt Reaktionsrohr 112 ein elektrisch leitendes, insbesondere metallisches, Reaktionsrohr 112 sein. Die Vorrichtung 110 kann mindestens einen, insbesondere wärmeleitenden, galvanischen Isolator 124 aufweisen. Der galvanische Isolator 124 kann zwischen dem Reaktionsrohr 112 und der Heizumhüllung 129 angeordnet sein. Der galvanische Isolator 124 kann eingerichtet sein, um das Reaktionsrohr 112 galvanisch von der Heizumhüllung 129 zu isolieren und Wärme von der Heizumhüllung 129 zu dem Reaktionsrohr 112 zu übertragen. Der galvanische Isolator 124 kann einen spezifischen elektrischen Widerstand p von 1x105 Q m < p < 1x1014 m aufweisen. Ein Wärmeübergangskoeffizient kann hoch sein. Der galvanische Isolator 124 kann eine Wärmeleitfähigkeit A von 10 W/(mK) < A < 6000 W/(mK) aufweisen, bevorzugt von 20 W/(mK) < A < 5000 W/(mK). Der galvanische Isolator 124 kann mindestens ein Material aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus keramischen, glasartigen, glasfaserverstärkten, kunststoffartigen oder harzartigen Werkstoffen, wie beispielsweise Keramik, Steatit, Porzellan, Glas, glasfaserverstärkter Kunststoff, Epoxidharz, Duroplast, Elastomeren, als auch elektrisch ausreichend isolierenden Flüssigkeiten, einer isolie- render) Farbe. Der galvanische Isolator 124 kann als ein oder mehreres von einem Rohr, einer dünnen Folie, einem Belag, oder einer Schicht ausgestaltet sein. Der galvanische Isolator kann beispielsweise ein flexibler galvanischer Isolator sein, beispielsweise eine dünne Folie. So kann eine Ausdehnung bei Temperaturunterschieden ermöglicht werden. Der galvanische Isolator 124 kann zur Wärmeübertragung von der unter Spannung stehenden Heizumhüllung 129 zu dem Reaktionsrohr 112 eingerichtet sein. Der galvanische Isolator 124 kann dabei das Reaktionsrohr 112 von der Heizumhüllung 129 galvanisch isolieren.
Figuren 2a und 2b zeigen Ausführungsformen mit einer Mehrzahl von Reaktionsrohren 112. Hinsichtlich der Ausgestaltung der weiteren Elemente der Vorrichtung 110 der Figur 2a kann auf die Beschreibung von Figur 1a und hinsichtlich der Ausgestaltung der weiteren Elemente der Vorrichtung 110 der Figur 2b kann auf die Beschreibung von Figur 1 b verwiesen werden. Die Vorrichtung 110 kann I Reaktionsrohre 112 aufweisen, wobei I eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 mindestens zwei, drei, vier, fünf oder auch mehr Reaktionsrohre 112 aufweisen. Die Vorrichtung 110 kann beispielsweise bis zu hundert Reaktionsrohre 112 aufweisen. Beispielsweise können die Reaktionsrohre 112 innerhalb der Heizumhüllung 129 angeordnet sein. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 112 spiralförmig sein und um das Reaktionsrohr herum kann die Heizumhüllung angeordnet sein. Auch sind Ausführungsformen denkbar, in welcher verschiedene oder gleichartige Heizumhüllungen um verschiedene Bereiche eines Reaktionsrohres oder mehrerer Reaktionsrohre angeordnet sind und eine individuelle Beheizung der Bereiche des Reaktionsrohres oder der Reaktionsrohre ermöglicht werden kann.
Die Reaktionsrohre 112 können durchverbunden sein und somit ein Rohrsystem 118 bilden. Das Rohrsystem 118 kann zu- und abführende Rohre aufweisen. Das Rohrsystem 118 kann mindestens einen Einlass 120 zur Aufnahme des Einsatzstoffes aufweisen. Das Rohrsystem 118 kann mindestens einen Auslass 122 zur Ausgabe des Einsatzstoffes aufweisen. Die Reaktionsrohre 112 können miteinander in einer Fluidverbindung stehen. So können die Reaktionsrohre 112 derart angeordnet und verbunden sein, dass der Einsatzstoff die Reaktionsrohre 112 nacheinander durchströmt. Mehrere oder sämtliche der Reaktionsrohre 112 können seriell und/oder parallel konfiguriert sein. Die Reaktionsrohre 112 können parallel zu einander verschaltet sein, derart, dass der Einsatzstoff mindestens zwei Reaktionsrohre 112 parallel durchströmen kann. Die Reaktionsrohre 112, insbesondere die parallel geschalteten Rohre, können derart eingerichtet sein, unterschiedliche Einsatzstoffe parallel zu transportieren. Insbesondere können für einen Transport von verschiedenen Einsatzstoffen die parallel geschalteten Rohre, zueinander verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen. Insbesondere für den Transport eines Einsatzstoffes, können mehrere oder sämtliche der Reaktionsrohre 112 parallel konfiguriert sein, so dass der Einsatzstoff auf jene parallel konfigurierten Rohre aufteilbar ist. Auch Kombinationen von einer seriellen und parallelen Schaltung sind denkbar. Bei einer Verwendung von elektrisch leitfähigen Rohren als Reaktionsrohr 112 können die zu- und abführenden Rohrleitungen galvanisch voneinander getrennt sein. Die Vorrichtung 110 kann dazu mindestens einen Isolator, insbesondere eine Mehrzahl von Isolatoren, aufweisen. Die galvanische Trennung zwischen den jeweiligen Rohrleitungen und den zu- und abfüh- render) Rohrleitungen kann durch die Isolatoren gewährleistet sein. Die Isolatoren können einen freien Durchfluss des Einsatzstoffes sicherstellen.
Wie in den Figuren 1 a und 1 b schematisch dargestellt, weist die Vorrichtung 110 mindestens eine das Reaktionsrohr 112 zumindest teilweise umschließende Energierückgewinnungsumhüllung 130 auf. Die Energierückgewinnungsumhüllung 130 kann das Reaktionsrohr 112 beispielsweise vollständig umschließen. Die Energierückgewinnungsumhüllung 130 kann eine Umhüllung sein, welche eingerichtet ist, die für die Erwärmung des Einsatzstoffes aufgewendete Energie zumindest teilweise zurückzugewinnen. Die Energierückgewinnungsumhüllung 130 weist mindestens einen thermoelektrischen Generator (TEG) auf, welcher eingerichtet ist Wärme in elektrische Energie umzuwandeln. Die Umwandlung kann eine thermoelektrische Energieumwandlung sein. Die Umwandlung der Wärme in Energie kann zumindest teilweise erfolgen. Beispielsweise kann der TEG einen Wirkungsgrad von 5-10 % aufweisen.
Der TEG kann eine Vorrichtung sein, welche eingerichtet ist Wärmeströme (Temperaturunterschiede) durch den sogenannten Seebeck-Effekt in elektrische Energie umzuwandeln. Die Energierückgewinnungsumhüllung 130 kann eingerichtet sein bei einer exothermen Reaktion, insbesondere bei einer Entkokung, in dem Reaktionsrohr entstehende Wärme in elektrische Energie umzuwandeln. Eine chemische Reaktion kann als exotherm angesehen werden, wenn sie mehr Energie freisetzt, als ihr zunächst als Aktivierungsenergie zugeführt wurde. Die exotherme Reaktion kann während einer Entkokung und/oder Oxidation der Ablagerungen des Reaktionsrohrs ablaufen. Beispielsweise kann ein Temperaturunterschied dadurch gegeben sein, dass in dem Reaktionsrohr 112 eine Temperatur von 1000 °C ist und an einer Außenumhüllung der Vorrichtung 110, beispielsweise nach einer Kühlung, eine Temperatur von 20 °C.
Der TEG kann beispielsweise wie in US 2014/0238459 A1 , Mengjun Zhang et al., “Performance comparison of annular and flat-plate thermoelectric generators for cylindrical hot source“, https://doi.Org/10.1016/j.egyr.2021.01.008, 2352-4847/2021 veröffentlicht durch Elsevier Ltd., beschrieben ausgestaltet sein.
Die Energierückgewinnungsumhüllung 130 kann mindestens ein Material aufweisen mit einem thermoelektrischen Gütewert ZT von > 0,5, bevorzugt > 0,8, besonders bevorzugt > 1 . Der thermoelektrische Gütewert kann beschrieben werden als ZT=(a2(T) •O(T)»T)/K(T), wobei a der Seebeckkoeffizient, a die elektrische Leitfähigkeit, K die spezifische Wärmeleitfähigkeit des Materials ist. Die Energierückgewinnungsumhüllung 130 kann mindestens ein Material umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus: Blei-Tellur (Pb-Te), mindestens ein Tellurid, mindestens ein Silikon, mindestens ein Silikat, mindestens ein Silizid, mindestens einem Si-Ge Silizid, mindestens ein Polymer, mindestens eine Keramik, mindestens einem Skutterudit, CoSb3- Skutterudit, Germanium, mindestens eine Halb-Heusler-Legierung, Mg2(Sn, Si), Sri-xAxZni-yGaySni-zXz (A: Ca, Ba, La, Eu; X: Si, Sb), Cai-xAxAl2-yTMySi2 (A=Sr, Ba;TM=Mn, Zn). Der TEG kann eine Dicke von 2 mm bis 50 mm, bevorzugt 2 mm bis 30 mm, besonders bevorzugt 5 mm bis 30 mm, aufweisen. Die Energierückgewinnungsumhüllung 130 kann eine Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen aufweisen.
Der TEG kann flach oder ringförmig ausgestaltet sein, wie beispielsweise in Mengjun Zhang et al., “Performance comparison of annular and flat-plate thermoelectric generators for cylindrical hot source“, https://doi.Org/10.1016/j.egyr.2021.01.008, 2352-4847/2021 veröffentlicht durch Elsevier Ltd. beschrieben. Die Geometrie und/oder Modularität des TEG kann abhängig von der Geometrie des Reaktionsrohres 112 und/oder von einem zu erwartenden Temperaturunterschied sein.
Die Vorrichtung 110 kann mindestens einen Energiespeicher, in den Figuren 1a und 1 b dargestellt als elektrischer Widerstand 132, zur Aufnahme der elektrischen Energie von der Energierückgewinnungsumhüllung 130 und/oder mindestens eine Zuleitung zu einem Verbraucher zur Zuleitung der elektrischen Energie von der Energierückgewinnungsumhüllung 130 aufweisen. Die Aufnahme kann vollständig oder zumindest teilweise sein. Die Aufnahme kann ein Speichern umfassen. Die Aufnahme kann eine Umwandlung der elektrischen Energie in eine weitere Energieform umfassen. Das TEG kann derart ausgestaltet sein, dass die elektrische Energie direkt entzogen werden kann. Die Vorrichtung 110 kann deshalb derart ausgestaltet sein, dass die Temperatur direkt am TEG nicht zu heiß und gleichzeitig nicht zu kalt ist. Das verwendete Material des TEGs kann über einen Temperaturbereich beständig sein, insbesondere bei Temperaturen, auf welche der Einsatzstoff erwärmt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung 110 weitere Elemente zum Schutz der TEG aufweisen, beispielsweise zur Kühlung oder Vorkühlung. Abhängig von den Materialien der TEGs, kann so die Temperatur angepasst werden.
Das Reaktionsrohr 112 und die Energierückgewinnungsumhüllung 130 können konzentrisch angeordnet sein. Das Reaktionsrohr 112 kann ein inneres Rohr sein und die Energierückgewinnungsumhüllung 130 weiter außen angeordnet sein. Beispielsweise kann die Energierückgewinnungsumhüllung 130 eine äußere Umhüllung der Vorrichtung 110 sein, wie in den Figuren 1 a, 1 b, 2a, 2b, 3a und 3b dargestellt. Auch andere Ausführungen sind jedoch denkbar. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110, wie in den Figuren 5a und 5b dargestellt, zusätzlich eine Kühlumhüllung 146 aufweisen, welche sämtliche Rohre der Vorrichtung 110 zumindest teilweise umschließt.
Die Vorrichtung 110 kann eine Mehrzahl von Heizzonen 144 aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 zwei oder mehr Heizzonen 144 aufweisen. Jede Heizzone 144 kann mindestens eine Heizumhüllung 129 umfassen. Die Heizumhüllungen 129 können durch elektrische Verbindungen 133 verbunden sein. Die Vorrichtung 110 kann auch Bereiche aufweisen, in welchen keine Erwärmung des Einsatzstoffes erfolgt, beispielsweise reine Transportzonen. Figuren 3a und 3b zeigen Ausführungsformen mit zwei Heizzonen 144. Beispielsweise können die zwei Heizzonen als zwei Reaktoren oder zwei Wärmeüberträger oder ein Reaktor und ein Wärmeüberträger ausgestaltet sein. Hinsichtlich der Ausgestaltung der weiteren Elemente der Vorrichtung 110 der Figur 3a kann auf die Beschreibung von Figur 1a und hinsichtlich der Aus- gestaltung der weiteren Elemente der Vorrichtung 110 der Figur 3b kann auf die Beschreibung von Figur 1 b verwiesen werden. In Figur 3a ist das Reaktionsrohr 112 als ein metallischer Zylinder ausgestaltet mit einer äußeren Anordnung des TEGs. In Figur 3b ist das Reaktionsrohr 112 als keramischer Zylinder ausgestaltet mit einer äußeren Anordnung des TEGs.
Figuren 4a bis 4y zeigen Ausführungsformen der Vorrichtung 110 mit einem Baukasten mit Rohrtypen für mögliche Reaktionsrohre 112 und Beispiele für Variationen. Wie oben ausgeführt, kann die Vorrichtung 110 eine Mehrzahl an Reaktionsrohren 112 aufweisen. Die Reaktionsrohre 112 können beispielsweise unterschiedlich hinsichtlich Durchmesser, und/oder Länge, und/oder Geometrie ausgestaltet sein. Die Reaktionsrohre 112 können symmetrische und/oder unsymmetrische Rohre und/oder Kombinationen davon aufweisen. Bei einer rein symmetrischen Ausgestaltung kann die Vorrichtung 110 Reaktionsrohre 112 von einem identischen Rohrtyp aufweisen. Der Rohrtyp kann mindestens durch ein Merkmal charakterisiert werden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer horizontalen Ausgestaltung des Rohres; einer vertikalen Ausgestaltung des Rohres; einer Länge im Eintritt (11) und/oder Austritt (I2) und/oder Übergang (I3); 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 Vorrichtung 110 kann eine Kombination von mindestens zwei verschiedenen Rohrtypen aufweisen, welche parallel und/oder in Reihe verschaltet sind. Beispielsweise kann die Vorrichtung Rohre von unterschiedlichen Längen im Eintritt (11) und/oder Austritt (I2) und/oder Übergang (I3) aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 Rohre mit einer Asymmetrie der Durchmesser im Eintritt (d1) und/oder Austritt (d2) und/oder Übergang (d3) aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 110 Rohre mit einer unterschiedlichen Anzahl von Pässen aufweisen. Beispielsweise kann die Vorrichtung Rohre 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 denkbar. Die Vorrichtung 110 kann eine Mehrzahl von Einlässen 120 und/oder Auslässen 122 und/oder Produktionsströmen aufweisen. Die Reaktionsrohre 112 von verschiedenem oder identischem Rohrtyp können parallel und/oder in Reihe mit mehreren Einlässen 120 und/oder Auslässen 122 angeordnet sein. Mögliche Rohre für Reaktionsrohre 112 können in verschiedenen Rohrtypen in Form eines Baukastens 134 vorliegen und abhängig von einem Verwendungszweck ausgewählt und beliebig kombiniert werden. Durch eine Verwendung von Rohren von verschiedenen 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. Die Rohre können identische oder verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen.
Figuren 4a bis 4y zeigen exemplarisch mögliche Ausführungsformen von Rohr- oder Zylindertypen in schematischer Darstellung. Der Rohrtyp kann in die folgenden Kategorien eingeteilt werden, wobei alle denkbaren Kombinationen der Kategorien möglich sind:
- Kategorie A gibt einen Verlauf des Reaktionsrohrs 112 und/oder eines Rohrsegments 114 an, wobei A1 einen Rohr- oder Zylindertyp mit horizontalem Verlauf und A2 einen Rohr- typ mit vertikalem, also einem zu dem horizontalen Verlauf senkrechten Verlauf, kennzeichnet.
- Kategorie B gibt ein Verhältnis von Längen im Eintritt (11 ) und/oder Austritt (I2) und/oder
Durchmesser im Eintritt (d1 ) und/oder Austritt (d2) und/oder Übergang (d3) an, wobei in dem Baukasten 134 sechs verschiedene Kombinationsmöglichkeiten aufgeführt sind.
- Kategorie C gibt Verhältnisse von Längen im Eintritt (11 ) und/oder Austritt (I2) und Längen von Pässen an. Hier sind sämtliche Kombinationen denkbar, welche vorliegend mit Ci gekennzeichnet werden.
- Kategorie F beinhaltet Anzahl der Elektroden: F1 gibt dabei an, dass eine Anzahl Elektroden < 2 ist, beispielsweise bei einer Gleichstromquelle oder einer Wechselstromquelle. F2 gibt an, dass eine Anzahl der Elektroden > 2 beispielsweise für eine Drehstromquelle.
Figuren 4b bis 4y zeigen erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele von Kombinationen von Reaktionsrohren 112 und/oder Rohrsegmenten 114 vom gleichen und/oder verschiedenen Rohrtyp an. In Figur 4b ist eine Kombination von Reaktionsrohren 112 mit drei horizontalen Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 vom Rohrtyp A1 , welche nacheinander angeordnet sind. Figur 4c zeigt zwei parallel geschaltete, vertikale Rohre vom Rohrtyp A2 und eine nachgeschaltetes Reaktionsrohr 112 und/oder ein nachgeschaltetes Rohrleitungssegment 114 ebenfalls vom Rohrtyp A2. In Figur 4d sind eine Mehrzahl von Reaktionsrohren 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 vom Rohrtyp A2 gezeigt, welche sämtlich parallelgeschaltet sind. In Figur 4e ist eine Ausführungsform gezeigt, in welcher eine Mehrzahl von Rohrtypen der Kategorie B nacheinander angeordnet sind. Die Reaktionsrohre 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 können hierbei identische oder verschiedene Rohrtypen der Kategorie B sein, welches mit Bi gekennzeichnet ist. Figur 4f zeigt eine Ausführungsform mit sechs Reaktionsrohren 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorie B, wobei in zwei parallelen Strängen jeweils zwei Reaktionsrohre 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 angeordnet sind und zwei weitere Reaktionsrohre 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 nachgeschaltet sind. Figur 4g zeigt eine Ausführungsform mit Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorie C, wobei zwei Rohrleitungen 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 parallelgeschaltet und ein Reaktionsrohr 112 und/oder ein Rohrleitungssegment 114 nachgeschaltet ist. Auch Mischformen der Kategorien A, B und C sind möglich, wie in den Figuren 4h bis 4m gezeigt ist.
Wie oben ausgeführt, kann die Vorrichtung 110 eine Mehrzahl von Einlässen 120 und/oder Auslässen 122 und/oder Produktionsströmen aufweisen. Die Reaktionsrohre 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 von verschiedenem oder identischem Rohrtyp können parallel und/oder in Reihe mit mehreren Einlässen 120 und/oder Auslässen 122 angeordnet sein, wie beispielsweise in den Figuren 4k und 4m dargestellt ist.
Figuren 4n bis 4p zeigen beispielhafte Kombination von Reaktionsrohren 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorien A und Fi. Figuren 4q und 4r zeigen beispielhafte Kombination von Reaktionsrohren 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Katego- rien B und Fi. Figur 4s zeigt eine beispielshafte Kombination von Reaktionsrohren 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorien C und Fi. Figur 4t zeigt eine beispielshafte Kombination von Reaktionsrohren 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorien A, B, C und Fi. Figur 4u zeigt eine beispielshafte Kombination von Reaktionsrohren 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorien A, C und Fi. Figur 4v zeigt eine beispielshafte Kombination von Reaktionsrohren 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorien B, C und Fi. Figur 4w und 4y zeigen beispielshafte Kombinationen von Reaktionsrohren 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorien A, B, C und Fi. Figur 4x zeigt eine beispielshafte Kombination von Reaktionsrohren 112 und/oder von Rohrleitungssegmenten 114 der Kategorien A, B und Fi. Die Reaktionsrohre 112 und/oder Rohrleitungssegmente 114 von verschiedenem oder identischem Rohrtyp der Kategorien A, B, C und Fi können parallel und/oder in Reihe mit mehreren Einlässen 120 und/oder Auslässen 122 angeordnet sein. Beispiele für eine Mehrzahl von Einlässen 120 und/oder Auslässen 122 und/oder Produktionsströmen sind in den Figuren 4o, 4p, 4r, 4s, 4v bis 4y dargestellt. Die Linien können für einen Strom des Einsatzstoffes stehen, allerdings können Sie auch die elektrotechnischen Verbindungen anzeigen.
Figuren 5a und 5b zeigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Kühlkreislauf umfassend die Kühlumhüllung 146. Die Kühlumhüllung 146 kann eingerichtet sein die Energierückgewinnungsumhüllung 130 zumindest teilweise zu umschließen. Die Kühlumhüllung 146 kann eingerichtet sein, um auf eine Raumtemperatur oder tiefer zu kühlen. Die Kühlumhüllung 146 kann eingerichtet sein einen Temperaturunterschied zu einer Temperatur des Reaktionsrohres 112, insbesondere eines Mantels des Reaktionsrohres 112, einzustellen, beispielsweise auf einen vorgegebenen Wert. Die Kühlumhüllung 146 kann mindestens ein Kühlmedium aufweisen. Hinsichtlich der Ausgestaltung der weiteren Elemente der Vorrichtung 110 der Figur 5a kann auf die Beschreibung von Figur 1a und hinsichtlich der Ausgestaltung der weiteren Elemente der Vorrichtung 110 der Figur 5b kann auf die Beschreibung von Figur 1 b verwiesen werden. In Figur 5a ist das Reaktionsrohr 112 als ein metallischer Zylinder ausgestaltet. Konzentrisch nach außen sind der TEG umgeben von der Kühlumhüllung 146 angeordnet. In Figur 5b ist das Reaktionsrohr 112 als keramischer Zylinder ausgestalte. Konzentrisch nach außen sind der TEG umgeben von der Kühlumhüllung 146 angeordnet.
Figuren 6a, 6b, 7a und 7b zeigen Ausführungsformen, in welchen die Rohre der Vorrichtung 110 bis auf das Reaktionsrohr 112, bzw. die Reaktionsrohre 112, eine rechteckige Geometrie aufweisen. Das Reaktionsrohr 112 ist auch in diesen Figuren als Hohlzylinder ausgestaltet. Figur 6a zeigt eine Ausgestaltung analog der Vorrichtung 110 der Figur 1 a. Figur 6b zeigt eine Ausgestaltung analog der Vorrichtung 110 der Figur 2a. In den Figuren 7a und 7b ist eine Ausführungsform mit zusätzlicher Kühlumhüllung 146 gezeigt. Figur 7a zeigt eine Ausgestaltung analog der Vorrichtung 110 der Figur 5a. Figur 7b zeigt eine Ausgestaltung, analog wie in Figur 7a, jedoch mit einer Mehrzahl von Reaktionsrohren 112.
Figuren 8a bis 8d zeigen Anwendungsbeispiele der Vorrichtung. Rein exemplarisch ist die Vorrichtung 110 in den Figuren 8a bis 8d dargestellt analog zur Vorrichtung 110 der Figur 1a. Jede andere beschriebene Ausführungsform der Vorrichtung 110 ist jedoch denkbar. Wie oben ausgeführt, kann die Vorrichtung 110 mindestens einen Energiespeicher zur Aufnahme der elektrischen Energie von der Energierückgewinnungsumhüllung 130 und/oder mindestens eine Zuleitung zu einem Verbraucher zur Zuleitung der elektrischen Energie von der Energierückgewinnungsumhüllung 130 aufweisen, schematisch dargestellt durch elektrischer Widerstand 132. In Figur 8a ist der Verbraucher als beliebiger Verbraucher 148 dargestellt. Der Verbraucher 148 kann beispielsweise eines oder mehreres von einer Ladestation, einer Beleuchtung, ein anderer Reaktor oder ein anderer beliebiger Verbraucher sein. Beispiele sind Wärmeaustauscher, Wärmeübertrager, Energiespeicher, Batterien oder Akkus. In Figur 8b ist beispielsweise ein Verbraucher in Form einer weiteren Vorrichtung 110 gezeigt, in welcher die Energie zum Beheizen der Heizumhüllung der weiteren Vorrichtung 110 verwendet werden kann. In Figur 8c ist ein Ausführungsbeispiel von zwei Vorrichtungen 110 (jeweils analog zu der Vorrichtung 110 der Figur 1a) gezeigt, in welchen die Vorrichtungen 110 jeweils eingerichtet sind, um zurückgewonnene Energie dem elektrischen Widerstand zuzuführen 132. Diese kann beispielsweise zur Beheizung des jeweils anderen Reaktors genutzt werden. In Figur 8d ist ein Beispiel mit einer Mehrzahl von identischen oder verschiedenen Verbrauchern 148 dargestellt, welche über die zurückgewonnene Energie zumindest teilweise betrieben werden können. Auch andere Verwendungen der zurückgewonnenen Energie sind denkbar.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung
Reaktivraum
Reaktionsrohr
Rohrsegment
Rohrsystem
Einlass
Auslass galvanischer Isolator
Spannung-/Stromquelle elektrische Zu- und Ableitung elektrische Anschlüsse Heizumhüllung
Energierückgewinnungsumhüllung elektrischer Widerstand elektrische Verbindung
Baukasten
Heizzone
Kühlumhüllung
Beliebiger Verbraucher

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung (110) umfassend eine Mehrzahl von Rohren, wobei mindestens eines der Rohre als Reaktionsrohr (112) zur Durchströmung mit mindestens einem Einsatzstoff eingerichtet ist, wobei die Vorrichtung (110) mindestens eine das Reaktionsrohr (112) zumindest teilweise umschließende Energierückgewinnungsumhüllung (130) aufweist, wobei die Energierückgewinnungsumhüllung (130) mindestens einen thermoelektrischen Generator aufweist, welcher eingerichtet ist Wärme in elektrische Energie umzuwandeln.
2. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnungsumhüllung (130) eingerichtet ist bei einer exothermen Reaktion in dem Reaktionsrohr (112) entstehende Wärme in elektrische Energie umzuwandeln.
3. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die exotherme Reaktion während einer Entkokung und/oder Oxidation von Ablagerungen des Reaktionsrohrs (112) abläuft.
4. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnungsumhüllung (130) mindestens ein Material aufweist mit einem thermoelektrischen Gütewert ZT von > 0,5, bevorzugt > 0,8, besonders bevorzugt > 1 .
5. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnungsumhüllung (130) mindestens ein Material umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehen aus: Blei-Tellur (Pb-Te), mindestens ein Tellurid, mindestens ein Silikon, mindestens ein Silikat, mindestens ein Silizid, mindestens einem Si-Ge Si- lizid, mindestens ein Polymer, mindestens eine Keramik, mindestens einem Skutterudit, CoSb3-Skutterudit, Germanium, mindestens eine Halb-Heusler-Legierung, Mg2(Sn, Si), Sri-xAxZni-yGaySni-zXz (A: Ca, Ba, La, Eu; X: Si, Sb), Cai-xAxAl2-yTMySi2 (A=Sr, Ba;TM=Mn, Zn).
6. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnungsumhüllung (130) eine Mehrzahl von thermoelektrischen Modulen aufweist
7. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsrohr (112) und die Energierückgewinnungsumhüllung (130) konzentrisch angeordnet sind, wobei das Reaktionsrohr (112) ein inneres Rohr ist und die Energierückgewinnungsumhüllung (130) weiter außen angeordnet ist.
8. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsrohr (112) mindestens ein Material aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: mindestens einem ferritischen Werkstoff, mindestens einem austenitischen Werkstoff, mindestens einem Metall, mindestens einer metallischen Legierung, Kupfer, Aluminium, Eisen, Stahl-, Cr-, und/oder Ni-Legierung, Graphit, Carbon, Carbid, Silizid, oder dass das Reaktionsrohr (112) als keramisches Rohr ausgestaltet ist.
9. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (110) mindestens eine Stromleitendende Heizumhüllung (129) aufweist, wobei die Vorrichtung mindestens eine Strom- oder Spannungsquelle (126) aufweist, welche eingerichtet ist einen elektrischen Strom in der Heizumhüllung (129) zu erzeugen, welcher das Reaktionsrohr (112) durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch die Heizumhüllung (129) entsteht, erwärmt.
10. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizumhüllung (129) das Reaktionsrohr (112) zumindest teilweise umgibt, wobei die Heizumhüllung (129) das Reaktionsrohr (112) direkt umgibt und eingerichtet ist, um an das Reaktionsrohr (112) ihre durch Strom erzeugte Wärme abzugeben, und/oder wobei die Vorrichtung (110) mindestens einen galvanischen Isolator (124) aufweist, wobei der galvanische Isolator (124) zwischen dem Reaktionsrohr (112) und der Heizumhüllung (129) angeordnet ist, wobei der galvanische Isolator (124) eingerichtet ist, um das Reaktionsrohr (112) galvanisch von der Heizumhüllung (129) zu isolieren und Wärme von der Heizumhüllung (129) zu dem Reaktionsrohr (112) zu übertragen.
11 . Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Kühlumhüllung (146) aufweist, welche eingerichtet ist die Energierückgewinnungsumhüllung (130) zumindest teilweise zu umschließen, wobei die Kühlumhüllung (146) eingerichtet ist, um auf eine Raumtemperatur oder tiefer zu kühlen.
12. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (110) eingerichtet ist den Einsatzstoff auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 1700 °C, bevorzugt 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt 400 °C bis 875 °C, zu erwärmen.
13. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzstoff mindestens ein Medium aufweist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Luft, mindestens einem sauerstoffhaltigen Medium, Wasser, Wasserdampf, und mindestens einem oxidierenden Medium.
14. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsrohr (112) zur Durchströmung mindestens eines Einsatzstoffes zur Durchführung mindestens einer endothermen Reaktion eingerichtet ist.
15. Anlage umfassend mindestens eine Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steam reformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, Herstellung von, Acetylen, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren. Verfahren zur Rückgewinnung von elektrischer Energie unter Verwendung einer Vorrichtung (110) gemäß einem der vorhergehenden, eine Vorrichtung betreffenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Durchströmen des Reaktionsrohres (112) mit dem Einsatzstoff;
- Umwandeln von, bei einer chemischen Reaktion in dem Reaktionsrohr (112) entstehenden, Wärme mit dem thermoelektrischen Generator der Energierückgewinnungsumhüllung (130) in elektrische Energie.
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