ES2912733T3 - Dispositivo de embalaje sólido para llevar a cabo reacciones endotérmicas con calentamiento eléctrico directo - Google Patents

Abstract

Dispositivo de presión empaquetado y calentable eléctricamente para llevar a cabo reacciones endotérmicas, que tiene unas secciones de dispositivo superior (3), media (1) e inferior (2), estando al menos un par de electrodos (4, 5) dispuestos verticales en la sección media y estando todos los electrodos dispuestos en una empaquetadura de material sólido eléctricamente conductora (26), presentando las secciones superior e inferior del dispositivo una conductividad específica de 105 S/m a 108 S/m, y estando la sección central del dispositivo aislada eléctricamente de la empaquetadura de material sólido, caracterizado porque las secciones superior e inferior del dispositivo están aisladas eléctricamente de la sección central del dispositivo, el electrodo superior está conectado a través de la sección del dispositivo superior y el electrodo inferior a través de la sección del dispositivo inferior, o cada uno de los electrodos está conectado a través de uno o más elementos de conexión (10, 16) puestos en contacto eléctricamente en estas secciones, y la relación entre el área de la sección transversal de los electrodos superior e inferior y el área de la sección transversal de los respectivos elementos de conexión conductores de corriente o, sin usar un elemento de conexión, la relación entre el área de la sección transversal de los electrodos superior e inferior y el área de la sección transversal de la respectiva sección del dispositivo conductor de corriente es de 0,1 a 10.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de embalaje sólido para llevar a cabo reacciones endotérmicas con calentamiento eléctrico directo

La presente invención se refiere a un dispositivo empaquetado calentable para llevar a cabo reacciones endotérmicas, que se puede dividir en unas secciones de dispositivo superior, media e inferior, estando las secciones de dispositivo superior e inferior aisladas eléctricamente de la sección de dispositivo media, con al menos un par de electrodos dispuestos verticalmente conectados a través de la camisa del dispositivo que soporta la presión en la sección de dispositivo superior e inferior, y con una empaquetadura de material sólido eléctricamente conductor que está aislado eléctricamente de la pared lateral de la sección de dispositivo media.

Las reacciones fuertemente endotérmicas se encuentran a menudo al principio de la cadena de valor en la industria química, por ejemplo en el craqueo de las fracciones del petróleo, el reformado del gas natural o de la nafta, la deshidrogenación del propano, la deshidroaromatización del metano para dar benceno o la pirólisis de los hidrocarburos. Se requieren temperaturas entre 500 °C y 1700 °C para lograr rendimientos técnica y económicamente interesantes. La razón de ello radica principalmente en la limitación termodinámica del recambio de equilibrio.

Las reacciones endotérmicas de alta temperatura plantean dos retos importantes para la implementación técnica, en primer lugar la entrada de calor con alta densidad de potencia a la temperatura de reacción requerida y en segundo lugar la recirculación de calor integrada entre las corrientes de producto y de reactivo. Gracias a la recirculación de calor integrada, la diferencia de temperatura entre la temperatura de almacenamiento de los reactivos/productos y la temperatura de reacción requerida puede salvarse con un aporte mínimo de energía.

Según el estado de la técnica, los reactores de apilamiento fluidizado se usan para la gestión integrada del calor de los procesos endotérmicos (Levenspiel, O. (1988), Chemical engineering's grand adventure. Chemical Engineering Science, 43(7), 1427-1435). Para el suministro de calor a la reacción endotérmica se usan diferentes conceptos.

El documento US 2002/0007594 divulga un proceso para la producción paralela de hidrógeno y de productos carbonosos en el que se introduce el gas natural en una cámara de reacción y se descompone térmicamente en presencia de un sólido rico en carbono. El documento US 2002/0007594 divulga que se calienta el sólido carbonoso en un reactor separado de la cámara de reacción de descomposición térmica. El calentamiento tiene lugar a través de los gases de combustión producidos durante la combustión de hidrocarburos o de hidrógeno. A continuación, se introduce el sólido calentado en la cámara de reacción.

La desventaja de usar un sólido como medio de transferencia de calor es que el sólido debe calentarse por encima del nivel de temperatura de la reacción en una cámara de combustión separada y debe circular entre la cámara de combustión y la cámara de reacción. La manipulación del sólido caliente provoca un estrés térmico y mecánico extremo en el reactor y el equipo de control. Además, el flujo de partículas sólidas está acoplado a la demanda de calor de la reacción y una distribución uniforme de los flujos de masa sobre la sección transversal es una condición necesaria para lograr una integración óptima del calor. En consecuencia, la relación entre el flujo de gas y el flujo de sólidos solo puede ajustarse dentro de un estrecho margen.

El documento WO 2013/004398 divulga la generación de la energía térmica para los portadores de calor falta de cámara de reacción y el uso de portadores de calor gaseosos que son inertes a la reacción de descomposición y/o a un producto de esta reacción. Lo desventajoso es que el flujo de partículas sólidas está acoplado a los requisitos de integración del calor. Además, la corriente de producto de la reacción de descomposición pasa por un intervalo de temperatura decreciente en el que puede tener lugar la reacción inversa.

En la técnica anterior (por ejemplo en el documento US 6.331.283), también se describen procesos autotérmicos en los que el calor necesario para la reacción endotérmica se genera en el mismo espacio de reacción a través de una reacción acompañante exotérmica. La desventaja de estos procesos autotérmicos es la contaminación de la corriente de producto gaseoso por los gases de combustión, por ejemplo, en el caso de la pirólisis de hidrocarburos, un arrastre de componentes que contienen C en la corriente de producto rica en hidrógeno. Otra desventaja es la pérdida de rendimiento del producto, en el caso de la pirólisis de hidrocarburos la extensa pérdida de carbono de pirólisis.

Además, el calor puede aplicarse indirectamente, por ejemplo de forma recuperativa (por ejemplo en el documento EP 15 16 8206) o a través tubulars de calor (por ejemplo en el documento Us 4.372.377) de la cámara de reacción exotérmica a la endotérmica. La desventaja de este concepto son las complejas instalaciones en la sección caliente de la cámara de reacción, que plantean grandes exigencias en cuanto a la estanqueidad de los materiales y a evitar las tensiones térmicas. Además, estas instalaciones perturban el flujo de sólidos. Otro problema de este concepto es el ensuciamiento de las superficies del intercambiador de calor; por ejemplo, en el caso de la pirólisis de hidrocarburos, la deposición de carbono pirolítico se produce preferentemente en las superficies calientes.

En el documento US 2.982.622 se describe una pirólisis integrada por calor de hidrocarburos en un apilamiento móvil de materiales inertes. Las temperaturas de 1.200 °C necesarias para la pirólisis se alcanzan con ayuda del calentamiento eléctrico. En las dos figuras del documento US 2.982.622 los electrodos están dispuestos horizontales.

La posibilidad de una disposición vertical se indica en la descripción. A partir de las cifras del documento US 2.982.622 se puede deducir que los pasos de electrodos están situados en la zona caliente del reactor. Esto conlleva múltiples desventajas; por un lado, los pasamuros de los electrodos forman un puente térmico que puede causar importantes pérdidas de calor y, por otro lado, el pasamuros es mecánicamente exigente de por sí, ya que tiene que ser conducido a través de capas con diferente expansión térmica, es decir, la pared del reactor hecha de acero y las capas de aislamiento térmico hechas de materiales minerales. Como resultado, el casquillo puede experimentar elevados momentos de flexión. Además, los electrodos de paso deben tener una gran estabilidad térmica y, por lo tanto, deben aceptarse una cierta resistencia eléctrica del material; normalmente se usa grafito.

En el documento US 2.799.640 se describe la producción de acelita en un reactor de apilamiento fluidizado, en el que la energía necesaria se suministra eléctricamente. Los electrodos pueden estar dispuestos horizontales o verticales. Para la disposición vertical, se desvela una rejilla de electrodos en forma de tela de araña. Se describe que la disposición vertical asegura una buena distribución de la corriente eléctrica en toda la cámara del reactor. A partir de las cifras del documento US 2.799.640 se puede constatar que los pasos de electrodos están situados en la zona caliente del reactor, tanto cuando los electrodos están dispuestos horizontales como verticales.

El documento AT 175243 describe un horno eléctrico con dos electrodos dispuestos verticales para transmitir la corriente al material a granel situado en el eje del horno, en donde el electrodo superior está configurado como un cuerpo hueco en forma de viga horizontal, refrigerado internamente y que está dispuesto dentro del embalaje del material a granel. También en esta divulgación, el paso del electrodo está situado en la zona caliente del reactor y pasa a través de la cubierta del reactor revestida.

El documento CH 278580 divulga un horno de cuba con dos electrodos anulares dispuestos verticales para transmitir la corriente al material a granel en el horno de cuba, estando el electrodo superior dispuesto dentro del embalaje del material a granel mientras que el electrodo inferior está dispuesto directamente por encima de la boquilla de entrada de gas. También en esta divulgación, el paso del electrodo está situado en la zona caliente del reactor y pasa a través de la pared lateral del reactor revestido.

El documento US 3.259.565 divulga un reactor de apilamiento fluidizado calentado eléctricamente para la pirólisis de hidrocarburos. El escrito no revela ningún detalle sobre la disposición geométrica y el diseño constructivo de los electrodos. La Figura 2 del documento US 3.259.565 indica el paso de las líneas de alimentación eléctrica a través de la pared lateral del reactor. Por tanto, esta solución está lastrada de los inconvenientes mencionados anteriormente.

Una ventaja sustancial de la disposición horizontal de los electrodos es que éstos no obstruyen la sección transversal del reactor. Además, en el caso de una disposición horizontal, la corriente eléctrica y, por lo tanto, se puede distribuir la potencia de calentamiento de forma selectiva a lo largo de la dirección del flujo mediante electrodos divididos verticalmente.

Las ventajas de una disposición vertical son la distribución de la corriente sobre una gran área transversal del reactor, la alineación paralela de las líneas de potencial eléctrico en la dirección del flujo y la opción de una corriente constante a lo largo de toda la altura del reactor.

Los documentos US 5.903.591, US 5.406.582 y US 5.974.076 describen un dispositivo y un procedimiento para la activación o la regeneración del carbono en un reactor tubular sin presión que consta de dos o más zonas dispuestas una encima de la otra. El carbón se introduce en la zona superior a través de una tolva de alimentación conectada al reactor y, a continuación, se introduce en las zonas siguientes a través de distribuidores en forma de embudo. El reactor se calienta eléctricamente y la corriente eléctrica llega a la zona superior a través de la tolva de alimentación y a las zonas intermedias a través de los distribuidores en forma de embudo. No se describen los detalles de las conexiones de embudo de llenado, elemento de conexión y electrodo. El documento US 5.903.591 divulga los dos pasos de electrodos en la zona caliente del reactor y un elemento de conexión plano sobre la tolva de alimentación exterior en la zona fría. La desventaja de esta invención es que la corriente eléctrica no solo se distribuye a través del electrodo, sino también a través de la pared de la tolva de alimentación al apilamiento de carbón. Otra desventaja es que la conexión del electrodo con la carcasa conductora de corriente crea resistencias de contacto adicionales, que conducen a una disipación no deseada de la energía eléctrica en energía térmica. Además, las transiciones de material en los elementos de conexión son puntos débiles para la estabilidad mecánica de los electrodos. Por último, la obstrucción de la sección transversal del electrodo de grafito formado como un bloque provoca una distribución desigual del flujo de sólidos a través de la sección transversal del reactor.

En el documento US 5.946.342 se describe la producción y la activación de carbón activado en un apilamiento móvil calentado eléctricamente. La Figura 3 del documento US 5.946.342 muestra electrodos en forma de anillo con una gran obstrucción transversal de > 50 %. Los electrodos están hechos de carbono y tienen extremos cónicos, paralelos a la dirección del flujo del carbón activado. No se describe el contacto concreto de los electrodos; de la figura 3 del documento US 5.946.342 se puede observar que el contacto no se realiza a través de las cubiertas del reactor.

El documento US 7.288.503 también describe la producción y la activación de carbón activado en un apilamiento fijo calentado eléctricamente. Se usan electrodos de varilla; los electrodos pasan a través de la cubierta y los electrodos están aislados de la cubierta (véase la figura 3 del documento US 7.288.503).

El documento DE 10236019 A1 describe un reactor para llevar a cabo reacciones endotérmicas, que está equipado con uno o más bloques de calentamiento que llenan completamente la sección transversal del reactor y están aislados eléctricamente de la pared interior del reactor y, opcionalmente, unos de otros, estando los bloques de calentamiento formados por espuma de células abiertas. No se describe la forma de contacto de los electrodos.

A pesar de las muchas ventajas de la calefacción eléctrica:

(i) La potencia de calentamiento es en gran medida constante en todo el intervalo de temperaturas y no está limitada por la temperatura de un medio de transferencia de calor.

(ii) La renuncia a combustibles y medios de transferencia de calor simplifica el diseño constructivo del reactor y ahorra los circuitos de control para la dosificación de los flujos de materiales correspondientes en la periferia de la sección de reacción. Además, se excluye la contaminación/dilución de los flujos del proceso debidas a sustancias extrañas. Esto aumenta la seguridad operativa del reactor.

(iii) La potencia de calentamiento puede introducirse en un reactor sencillo sin estructuras internas, es decir, con una sección transversal no estructurada. Esto garantiza un escalado fiable.

(iv) La calefacción está libre de emisiones a nivel local. Si se usan fuentes renovables y libres de CO2, la calefacción está incluso completamente libre de emisiones,

la cuestión de la calefacción se ha visto superada hasta ahora por la desventaja decisiva de que la energía eléctrica es cara en comparación con los combustibles fósiles. Sin embargo, esta desventaja debería desaparecer en los próximos años debido a la transición energética.

Además, sigue faltando un concepto de reactor para la introducción eficiente y la distribución uniforme de energía eléctrica en reactores empaquetados para llevar a cabo fases de gas endotérmicas o reacciones de gas-sólido a altas temperaturas. Los enfoques de contacto de los electrodos a través de la carcasa del reactor sugeridos en el citado estado de la técnica resultan ser impracticables en la aplicación. En primer lugar, la realización de las conexiones eléctricas en la zona caliente del reactor es extremadamente complejo y tiende a provocar fallos. En segundo lugar, el contacto entre los electrodos y la fuente de corriente es casi puntual. Esta característica tiene varias desventajas: La corriente eléctrica se distribuye de forma desigual en la sección transversal de la empaquetadura. Además, los elementos de conexión que hacen el contacto eléctrico entre los electrodos tienen un área de sección transversal pequeña y, por lo tanto, una alta resistencia eléctrica. En consecuencia, una parte importante de la energía eléctrica introducida se disipa en los elementos de conexión y en el propio electrodo, especialmente si es de grafito. En consecuencia, se aprovecha la energía eléctrica de manera insuficiente en la empaquetadura del reactor. Además, los elementos de conexión y/o el electrodo deben estar específicamente refrigerados, lo cual requiere un diseño elaborado y complicado del aparato. En tercer lugar, el diseño de los electrodos y de los elementos de conexión asociados no es escalable: en consecuencia, las condiciones de funcionamiento en un reactor experimental con una sección transversal pequeña no son representativas de un dispositivo de ingeniería con una sección transversal grande.

Industrialmente, el calentamiento eléctrico se usa actualmente solo en algunos procesos a gran escala; por ejemplo, en la reacción química en fase gaseosa del amoníaco y de los hidrocarburos para obtener ácido cianhídrico a temperaturas de 1300 a 1600 °C en un reactor de apilamiento fluidizado hecho de partículas de carbono conductoras de la electricidad, o en la producción de carburo de calcio en hornos de reducción de fundición a temperaturas de entre 2000 °C y 2300 °C. En la figura 2 del documento US 3.157.468 se muestra un reactor de ácido cianhídrico con electrodos en forma de varilla dispuestos verticales, que presenta un paso de electrodos por cada electrodo. En el capítulo "Carburo de calcio" de Ullmann, se mencionan los electrodos de carbono precocidos o los electrodos Soderberg autococidos. El tipo habitual en el estado de la técnica son los electrodos huecos del tipo Soderberg. Los electrodos funcionan con corriente trifásica y están en contacto con pinzas refrigeradas en su circunferencia. Dado que el carbono es un educto de la producción de carburo de calcio, los electrodos se consumen y necesitan ser repuestos. Las desventajas de estas realizaciones son el complejo paso de los electrodos individuales a través de la carcasa del reactor, ya que cada paso debe ser sellado por separado y puesto en contacto eléctricamente, así como permitir el desplazamiento axial controlado del electrodo. Además, el número de pasos necesarios aumenta proporcionalmente al área de la sección transversal del reactor.

En los reactores técnicos, pueden producirse diferencias de temperatura superiores a los 500 K entre el eje central y la carcasa del reactor. En las condiciones de funcionamiento dadas, las configuraciones divulgadas de las rejillas de los electrodos, diseñadas en una sola pieza y sujetas rígidamente en la circunferencia, pueden agrietarse.

En la actualidad, no existe ningún reactor empaquetado con calentamiento eléctrico que funcione comercialmente para realizar reacciones endotérmicas en fase gaseosa o reacciones gas-sólido.

La mayoría de los procesos de alta temperatura operados de manera convencional se calientan mediante hornos de combustión. Estos procesos dependen de la exportación de energía para funcionar de forma económica; solo alrededor del 50 % del calor generado en el proceso se usa realmente para la reacción endotérmica. Por lo tanto, la integración completa del calor sigue siendo un objetivo lejano.

En consecuencia, el objetivo de la presente invención fue presentar un concepto de dispositivo adaptable, escalable y calentado eléctricamente, en particular el concepto de reactor a presión, para la clase de procesos endotérmicos empaquetados de alta temperatura. Otro objetivo era llevar la energía eléctrica a la zona calentada del dispositivo, en particular al reactor, con bajas pérdidas. Esto significa que, ventajosamente, más del 99 % de la energía eléctrica introducida en el dispositivo debe liberarse en la zona calentada. Otro de los objetivos era garantizar que la corriente fluyera de la manera más uniforme posible a lo largo de toda la zona calentada; esto permite conseguir un calentamiento aproximadamente uniforme del paquete y, en consecuencia, una curva de rotación lineal. Otro objetivo era presentar un dispositivo empaquetado, en particular un reactor empaquetado, que tenga la integración térmica más completa posible. Otro objetivo era que los ensayos en un reactor de prueba con una pequeña sección transversal debían ser representativos de un dispositivo técnico, en particular de un reactor técnico. Además, el dispositivo calentado eléctricamente, en particular el reactor calefactable eléctricamente, debe estar diseñado por lo general para ser sencillo en términos del aparato.

Sorprendentemente, se pudo mostrar un dispositivo eléctricamente calefactable, empaquetado y a presión, en particular un reactor, que tiene unas secciones de dispositivo superior (3), media (1) e inferior (2), en donde en la sección media (1) se instalan/disponen al menos un par de electrodos (4, 5) dispuestos verticales y todos los electrodos están dispuestos/incorporados en una empaquetadura de material sólido eléctricamente conductor (26), las secciones superior e inferior del dispositivo presentan una conductividad específica de 105 S/m a 108 S/m, y la sección central del dispositivo está aislada eléctricamente del embalaje sólido, caracterizado porque las secciones superior e inferior del dispositivo están aisladas eléctricamente de la sección central del dispositivo, el electrodo superior está conectado a través de la sección del dispositivo superior y el electrodo inferior está conectado a través de la sección del dispositivo inferior o cada uno de los electrodos están conectados a través de uno o más elementos de conexión (10, 16) puestos en contacto eléctricamente en estas secciones y la relación entre el área de la sección transversal del electrodo superior y/o, preferentemente y, del electrodo inferior y el área de la sección transversal del respectivo elemento de conexión conductor de corriente o, sin usar un elemento de conexión, la relación entre el área de la sección transversal del electrodo superior y/o, preferentemente y, del electrodo inferior y el área de la sección transversal del respectivo dispositivo conductor de corriente es de 0,1 a 10.

El dispositivo según la invención se denominará en lo sucesivo "reactor".

En la presente solicitud, con el término "dispositivo portador de presión" se entiende un dispositivo que puede soportar una diferencia de presión superior a 0,5 bares entre su interior y su entorno.

En la presente solicitud, con el término "cubierta" se entiende la sección de la cara final de la carcasa del reactor que soporta la presión.

En la presente solicitud, con el término "elemento de conexión" se entienden los componentes del dispositivo que están conectados eléctricamente a la cubierta y que conducen la corriente eléctrica desde los puntos de conexión en la cubierta hasta los electrodos. Un elemento de conexión es, por ejemplo, un faldón fijado a la cubierta del reactor (véase la figura 1a).

Los elementos de conexión están ventajosamente dispuestos en la circunferencia exterior de la empaquetadura de material sólido. El área de la sección transversal clara del elemento de conexión, es decir, el área englobada por el elemento de conexión, es ventajosamente superior al 90 %, preferentemente superior al 95 %, en particular superior al 98 % del área de la sección transversal del embalaje sólido. De manera especialmente preferente, los elementos de conexión están enrasados con el borde de la empaquetadura de material sólido en la dirección circunferencial. Ventajosamente, los elementos de conexión son cilíndricos o prismáticos. Ventajosamente, los elementos de conexión cubren horizontalmente menos del 10 %, preferentemente menos del 5 %, en particular menos del 2 % del área de la sección transversal de la empaquetadura de material sólido; de manera particularmente preferente, los elementos de conexión no se proyectan horizontalmente en la empaquetadura de material sólido. Los elementos de conexión son ventajosamente del mismo material que los electrodos.

En la presente solicitud, con el término "sección transversal del elemento de conexión" se entiende la intersección entre el elemento de conexión y cualquier plano horizontal con la superficie más pequeña que intersecte el elemento de conexión (véase la figura 1b).

En la presente solicitud, se entiende por "sección transversal del electrodo" la intersección entre el electrodo y el elemento de conexión conductor de corriente puesto en contacto en el electrodo (véase la figura 1c).

En la presente solicitud, se entiende por "sección transversal de las secciones superior o inferior del dispositivo" la intersección entre las secciones superior o inferior del dispositivo y cualquier plano horizontal con la menor área de intersección de estas secciones (análogo al elemento de conexión de la figura 1b).

En la presente solicitud, se entiende por "eléctricamente aislado" una resistencia óhmica superior a 1 kQ, preferentemente superior a 100 kQ, en particular superior a 1 MQ entre la empaquetadura de material sólido y la pared lateral de la sección central del reactor y entre las secciones superior e inferior del dispositivo, por ejemplo las cubiertas, y la pared lateral de la sección central del reactor, medida según la norma DIN VDE 0100-600:2017-06 (edición de fecha de 2017-06).

En la presente solicitud, se entiende por "pared lateral del reactor" la sección sustancialmente dirigida en vertical de la carcasa del reactor (1). A lo largo de la pared lateral, las secciones horizontales que atraviesan el reactor tienen esencialmente la misma área (área de la sección transversal del embalaje sólido).

La relación entre el área de la sección transversal de los electrodos superior y/o inferior, preferentemente los electrodos superior e inferior, y el área de la sección transversal del elemento de conexión conductor de corriente respectivo es ventajosamente de 0,1 a 10, preferentemente de 0,3 a 3, en particular de 0,5 a 2. Ventajosamente, el área de la sección transversal del electrodo (por ejemplo, el área de la sección transversal de todas las bandas de electrodos de un electrodo en forma de rejilla) está en el intervalo de 0,1 cm² a 10000 cm² , preferentemente de 1 cm² a 5000 cm² , en particular de 10 cm² a 1000 cm². Ventajosamente, el área de la sección transversal del elemento o de los elementos de conexión conductores de corriente está en el intervalo de 0,1 cm² a 10000 cm² , preferentemente de 1 cm² a 5000 cm² , en particular de 10 cm² a 1000 cm². El cálculo de la relación (área transversal^{electrodo(superior)}/área transversal^{elemento de conexión(superior)}) o (área transversal ^{electrodo(inferior)}/área transversal^{elemento de conexión(inferior}) se ilustra en las figuras 22 y 23.

Sin usar un elemento de conexión (entre el electrodo y las secciones superior o inferior del dispositivo), la relación entre el área de la sección transversal de los electrodos superior y/o inferior, preferentemente los electrodos superior e inferior, y el área de la sección transversal de la sección respectiva del dispositivo conductor de corriente es ventajosamente de 0,1 a 10, preferentemente de 0,3 a 3, en particular de 0,5 a 2. Ventajosamente, el área de la sección transversal del electrodo está en el intervalo de 0,1 cm² a 10000 cm² , preferentemente de 1 cm² a 5000 cm² , en particular de 10 cm² a 1000 cm². Ventajosamente, el área de la sección transversal de las secciones superior y/o inferior del dispositivo está en el intervalo de 0,1 cm² a 10000 cm² , preferentemente de 1 cm² a 5000 cm² , en particular de 10 cm² a 1000 cm².

Ventajosamente, se impone una diferencia de potencial (tensión) de 1 voltio a 10000 voltios, preferentemente de 10 voltios a 5000 voltios, de manera particularmente preferente de 50 voltios a 1000 voltios, entre las secciones superior e inferior del dispositivo, por ejemplo dos cubiertas del reactor. La intensidad del campo eléctrico entre las cubiertas está ventajosamente entre 1 V/m y 100000 V/m, preferentemente entre 10 V/m y 10000 V/m, más preferentemente entre 50 V/m y 5000 V/m, en particular entre 100 V/m y 1000 V/m.

La conductividad eléctrica específica del embalaje sólido es ventajosamente de 0,001 S/cm a 100 S/cm, preferentemente de 0,01 S/cm a 10 S/cm, más preferentemente de 0,05 S/cm a 5 S/cm.

Ventajosamente, se obtiene en el embalaje sólido una densidad de corriente eléctrica de 0,01 A/cm² a 100 A/cm² , preferentemente de 0,05 A/cm² a 50 A/cm² , en particular de 0,1 A/cm² a 10 A/cm².

El reactor se divide ventajosamente en varias zonas. Ventajosamente, están dispuestos de abajo a arriba: la salida de las partículas, la introducción de gas (12), la zona de transferencia de calor inferior, el electrodo inferior (5), la zona calentada, el electrodo superior (4) con opcionalmente una descarga lateral (19), la zona de transferencia de calor superior, la salida del flujo de producto gaseoso (7) y la alimentación del flujo de partículas (6).

La zona de transferencia de calor inferior es la distancia vertical entre el borde superior de la introducción de gas y el borde superior del electrodo inferior.

La zona de transferencia de calor superior es la distancia vertical entre el extremo inferior del electrodo superior y el extremo superior de la empaquetadura de material sólido.

La zona calentada en cualquier punto de la sección transversal del reactor se define como la distancia vertical entre el extremo inferior del electrodo superior y el extremo superior del electrodo inferior.

Ventajosamente, el lado inferior del electrodo superior y el lado superior del electrodo inferior son horizontales en toda la sección transversal del reactor. Por consiguiente, la longitud de la zona calentada, en particular la distancia entre los electrodos, es ventajosamente uniforme en toda la sección transversal del reactor. La sección transversal del reactor calentado es ventajosamente de 0,005 m² a 200 m² , preferentemente de 0,05 m² a 100 m² , de manera particularmente preferente de 0,2 m² a 50 m², especialmente de 1 m² a 20 m^2. La longitud de la zona calentada está ventajosamente comprendida entre 0,1 m y 100 m, preferentemente entre 0,2 m y 50 m, de manera particularmente preferente entre 0,5 m y 20 m, especialmente entre 1 m y 10 m. La relación entre la longitud y el diámetro equivalente de la zona calentada es ventajosamente de 0,01 a 100, preferentemente de 0,05 a 20, particularmente preferente de 0,1 a 10, más preferentemente de 0,2 a 5.

Los electrodos se colocan ventajosamente en el interior del embalaje sólido (véanse las figuras 1 y 2). La distancia vertical entre el borde superior del embalaje sólido (el punto más bajo en el caso de una pendiente) y el borde inferior de las placas de electrodos o, sin el uso de placas de electrodos, el borde inferior de las bandas de electrodos en el electrodo superior es ventajosamente de 10 mm a 5000 mm, preferentemente de 100 mm a 3000 mm, más preferentemente de 200 mm a 2000 mm. Esta sección es ventajosamente del 1 % al 50 %, preferentemente del 2 % al 20 %, más preferentemente del 5 % al 30 % de la altura total del paquete sólido.

La distancia vertical entre el borde superior de las placas del electrodo inferior y la entrada de los reactivos gaseosos es ventajosamente de 10 mm a 5000 mm, preferentemente de 100 mm a 3000 mm, más preferentemente de 200 mm a 2000 mm. Esta sección es ventajosamente del 1 % al 50 %, preferentemente del 2 % al 20 %, más preferentemente del 5 % al 30 % de la altura total del paquete sólido.

La distancia vertical entre la alimentación del flujo de partículas (6) y el borde superior del embalaje sólido está ventajosamente entre 50 mm y 5000 mm, preferentemente entre 100 mm y 3000 mm, de manera de manera particularmente preferente entre 20 mm y 2000 mm.

Los electrodos pueden adoptar cualquier forma conocida por el experto. Por ejemplo, los electrodos se diseñan como rejillas (Figura 12, Figura 13, Figura 14) o como varillas (Figura 16).

Cuando se usan varillas, las varillas de electrodos puntiagudos son particularmente ventajosas. Preferentemente, las bandas de electrodos superior e inferior se estrechan en el lado hacia la zona calentada. La punta puede ser cónica (Figura 16a) o en forma de cuña (Figura 16b). En consecuencia, el extremo de la varilla puede tener forma de punta o ser lineal. La figura 17 muestra un esquema del reactor según la invención equipado con electrodos de varilla. La figura 18 muestra un esquema detallado de la cubierta superior del reactor. A diferencia de, por ejemplo, en el documento US 3.157.468 o el documento US 7.288.503 los electrodos de la varilla están conectados eléctricamente a la cubierta y se les suministra conjuntamente corriente eléctrica a través de la cubierta.

Preferentemente, los electrodos tienen forma de rejilla. Se pueden concebir diversas variantes de diseño para la forma de la rejilla, por ejemplo, rejillas en forma de panal de polígonos ventajosamente regulares (figura 12a), rejillas rectangulares (figura 12b) formadas por bandas paralelas, rejillas en forma de rayos (figura 13) o rejillas de anillos concéntricos (figura 14). Se prefieren las rejillas en forma de radios y las rejillas formadas por anillos concéntricos.

Se prefiere especialmente un electrodo en forma de rejilla, que está montado de manera fija en el interior de las secciones superior o inferior del dispositivo, por ejemplo, una cubierta, o en un elemento de conexión, por ejemplo, un faldón unido a la sección del dispositivo.

Se entiende por soporte fijo la conexión de un cuerpo rígido con su entorno, con cuya ayuda se impide un movimiento relativo entre el cuerpo y su entorno en todas las direcciones.

Por ejemplo, la rejilla en forma de radio está ventajosamente formada por bandas en forma de estrella suspendidas de la cubierta o de un elemento de conexión unido a él (figura 13a). Además del término "bandas", el estado de la técnica también usa los términos "radio", "viga" o "carril".

En otra realización, la rejilla en forma de radio está formada ventajosamente por bandas en forma de estrella suspendidas de la cubierta y que soportan placas de electrodos que se extienden ortogonalmente desde ellas (Figura 13b). Además del término "placa de electrodos", el estado de la técnica también usa los términos "ala", "nervio", "barra lateral" o "barra lateral".

En otra realización, la rejilla está formada ventajosamente por anillos concéntricos, que están conectados por medio de bandas radiales (Figura 14a, 14b). La forma de la red es, según la definición del documento DE 69917761 T2 [0004] "escala fractal".

Los electrodos, es decir, las bandas de electrodos y las placas de electrodos, dividen la sección transversal de la sección de reacción en celdas de rejilla. La distancia de reacción es el volumen del interior del reactor que se llena con el embalaje sólido. Las celdas de rejilla son segmentos de superficie cerrados o convexos de la sección transversal del reactor que están limitados por la rejilla de electrodos. En la figura 12a se muestran, a modo de ejemplo, los elementos de la superficie cerrada, creados por la rejilla en forma de panal (46) dentro de la cubierta (10) o (16). Por ejemplo, en la figura 12b, las celdas son las bandas entre dos bandas adyacentes (46) y las secciones de arco asociadas de la cubierta. En las figuras 12 a 14, las zonas delimitadas por líneas continuas o discontinuas son celdas individuales de la cuadrícula. Por ejemplo, en la figura 13a las celdas están delimitadas por los radios adyacentes de la rejilla (4, 5) y, en su caso, por las líneas circulares de puntos o por la cubierta (10, 16). Por ejemplo, en la figura 13b, las celdas están delimitadas por las placas de electrodos adyacentes de una barra, el segmento de barra asociado y la línea central discontinua entre dos rejillas adyacentes. Por ejemplo, las celdas de la figura 14a y la figura 14b son los elementos de superficie cerrada limitados por bandas y anillos adyacentes, o por la cubierta del reactor.

Las celdas de la cuadrícula se caracterizan por los siguientes parámetros: Sección transversal abierta, diámetro equivalente, falta de redondez y obstrucción de la sección transversal.

En la presente invención, por el término "sección transversal abierta" se entiende el área de la sección transversal de una célula por la que se puede fluir. En la presente invención, por el término "diámetro equivalente" se entiende el diámetro de un círculo de la misma área que la celda de la cuadrícula. En la presente invención, por el término "falta de redondez" se entiende la anchura mínima de un anillo entre dos círculos con un centro común que encierra completamente la línea de borde de la celda de la cuadrícula. La falta de redondez tiene la dimensión de una longitud. La falta de redondez de un círculo es cero. En la presente invención, por el término "obstrucción transversal" se entiende la proporción de la sección transversal de la empaquetadura de material sólido cubierta por el electrodo, en relación con el área total de la sección transversal de la empaquetadura de material sólido (la sección de reacción).

La sección transversal abierta de las celdas de la rejilla se encuentra ventajosamente entre 4 cm2 y 10000 cm2, preferentemente entre 20 cm2 y 3000 cm2, de manera particularmente preferente entre 100 cm2 y 1000 cm2. Por lo tanto, la sección transversal abierta es independiente del diámetro del reactor y el número de celdas de la red es aproximadamente proporcional a la sección transversal del reactor.

El diámetro equivalente de las celdas de la rejilla se encuentra ventajosamente entre 10 mm y 2000 mm, preferentemente entre 20 mm y 1000 mm, de manera particularmente preferente entre 50 mm y 500 mm.

La excentricidad de las celdas de la rejilla se encuentra ventajosamente entre 1 cm y 10 m, preferentemente entre 1 cm y 2 m, particularmente preferente entre 1 cm y 1 m, especialmente entre 1 cm y 50 cm. La falta de redondez normalizada se define como el cociente de la falta de redondez y el diámetro equivalente de la celda de la cuadrícula. Preferentemente, la excentricidad normalizada es mayor o igual a 0 y menor de 100, preferentemente mayor o igual a 0 y menor de 10, en particular mayor o igual a 0 y menor de 5. La falta de redondez de las celdas individuales de la cuadrícula se muestra a modo de ejemplo en los esquemas de las figuras 12a, 12b y 13a.

La obstrucción transversal de los electrodos está ventajosamente comprendida entre el 1 % y el 50 %, preferentemente entre el 1 % y el 40 %, de manera particularmente preferente entre el 1 % y el 30 %, especialmente entre el 1 % y el 20 %.

La superficie específica de los electrodos en forma de rejilla, es decir, el cociente entre la circunferencia del electrodo (es decir, la longitud de la línea de contacto entre el electrodo y el apilamiento en una proyección vertical del reactor) y la sección transversal del apilamiento, es ventajosamente de 0,01 a 500 m2/m3, preferentemente de 0,1 a 100 m2/m3, más preferentemente de 1 a 50 m2/m3, en particular de 2 a 20 m2/m3.

El material de los electrodos, es decir, las bandas y las placas de electrodos, es ventajosamente hierro, hierro fundido o una aleación de acero, cobre o una aleación a base de cobre, níquel o una aleación a base de níquel, un metal refractario o una aleación a base de metal refractario y/o una cerámica eléctricamente conductora. En particular, las bandas consisten en una aleación de acero, por ejemplo con los números de material 1.0401, 1.4541, 1.4571, 1.4841, 1.4852, 1.4876 según la norma DIN EN10027-2 (edición de fecha de 2015-07), de aleaciones a base de níquel, por ejemplo con el número de material 2.4816, 2.4642, de Ti, en particular aleaciones con los números de material 3.7025, 3.7035, 3.7164, 3.7165, 3.7194, 3.7235. Dentro de los metales refractarios, son particularmente ventajosos el Zr, el Hf, el V, el Nb, el Ta, el Cr, el Mo, el W o sus aleaciones; preferentemente el Mo, el W y/o el Nb o sus aleaciones, especialmente el molibdeno y el wolframio o sus aleaciones. Además, las bandas pueden contener cerámicas tales como el carburo de silicio y/o el carbono, por ejemplo, el grafito, donde las cerámicas pueden ser monolíticas o materiales compuestos reforzados con fibras (por ejemplo, el material compuesto de matriz cerámica, CMC, por ejemplo, el material compuesto de fibra de carbono, CFC).

Ventajosamente, el material de los electrodos se elige en función de la temperatura de aplicación. El acero se selecciona ventajosamente en un intervalo de temperatura de -50 a 1250 °C, preferentemente de -50 a 1000 °C, más preferentemente de -50 a 750 °C, en particular de -50 a 500 °C. El molibdeno se selecciona ventajosamente en un intervalo de temperatura de -50 a 1800 °C, preferentemente de -50 a 1400 °C, en particular de -50 a 1300 °C. El carbono reforzado con fibra de carbono se selecciona ventajosamente en un intervalo de temperatura de -50 a 2000 °C, preferentemente de -50 a 1600 °C, en particular de -50 a 1300 °C.

Para aplicaciones especiales, los electrodos también pueden consistir en varios materiales. Cuando se usan varios materiales, el electrodo se divide ventajosamente en altura con secciones de diferentes materiales. La selección del material en las diferentes zonas se basa ventajosamente en los siguientes criterios: Resistencia a la temperatura, conductividad eléctrica, costes. Ventajosamente, los segmentos de diferentes materiales están unidos entre sí por arrastre de fuerza o por arrastre de material. Ventajosamente, las conexiones entre los segmentos son suaves.

Los electrodos pueden realizarse ventajosamente como electrodos sólidos o como electrodos huecos. En el caso de los electrodos sólidos, las varillas de los electrodos, las bandas de los electrodos y/o las placas de los electrodos son ventajosamente cuerpos sólidos, dependiendo del modo de construcción. En el caso de los electrodos huecos, las bandas de los electrodos, las bandas de los electrodos y/o las placas de los electrodos son ventajosamente cuerpos huecos, dependiendo del modo de construcción. Las cavidades dentro de los electrodos pueden formar ventajosamente canales que pueden usarse para introducir corrientes en forma de gas en la zona de reacción o para retirar corrientes en forma de gas de la zona de reacción. Las paredes de los electrodos huecos se construyen ventajosamente a partir de láminas ranuradas, láminas perforadas, mallas metálicas expandidas o tejidos de malla.

Electrodos de rejilla de espiral según la figura 13a y la figura 13b:

La rejilla en forma de radio tiene ventajosamente bandas de electrodos, ventajosamente de 2 a 30 bandas de electrodos, preferentemente de 3 a 24 bandas de electrodos, en particular de 4 a 18 bandas de electrodos. Ventajosamente, en cada una de estas bandas de electrodos se fijan de 1 a 100 placas de electrodos, preferentemente de 2 a 50, en particular de 4 a 20.

La longitud de las bandas se encuentra ventajosamente entre 1 cm y 1000 cm, preferentemente entre 10 cm y 500 cm, en particular entre 30 cm y 300 cm. La altura de las bandas se encuentra ventajosamente entre 1 cm y 200 cm, preferentemente entre 5 cm y 100 cm, en particular entre 10 cm y 50 cm. El espesor de las bandas (en el punto más grueso) se encuentra ventajosamente entre 0,1 mm y 200 mm, preferentemente entre 1 mm y 100 mm.

El perfil lateral de las bandas y de las placas de electrodos es ventajosamente rectangular, trapezoidal o triangular (figura 9, figura 10), aunque también son concebibles otras formas geométricas, por ejemplo, redondeadas. Ventajosamente, los bordes inferiores de las bandas y placas del electrodo superior y los bordes superiores de las bandas y placas del electrodo inferior son horizontales (Figura 9, Figura 10).

La sección transversal de las bandas y de las placas de los electrodos es ventajosamente lenticular, romboidal o hexagonal (figura 11). Ventajosamente, los extremos superior e inferior de las bandas se estrechan hasta un punto. El grosor de una barra o de una placa de electrodos en los extremos superior e inferior (en las puntas) se encuentra ventajosamente entre 0,001 mm y 10 mm, preferentemente entre 0,001 mm y 5 mm, en particular entre 0,001 mm y 1 mm.

El perfil de las bandas y de las placas de electrodos es ventajosamente recto, en forma de diente de sierra o en forma de onda en la vista en planta. Los perfiles ondulados son ventajosamente sinusoidales o rectangulares (figura 7). Para los perfiles en forma de diente de sierra y de onda, la anchura de un diente o de una onda es ventajosamente de 1 cm a 200 cm, preferentemente de 1 cm a 100 cm, más preferentemente de 1 cm a 50 cm, la altura del diente o de la onda es ventajosamente de 1 mm a 200 mm, preferentemente de 1 mm a 100 mm, más preferentemente de 1 mm a 50 mm.

Las placas de electrodos opcionales están unidas a las bandas y están ventajosamente orientadas ortogonalmente a las bandas en una vista superior del reactor. Ventajosamente, las placas de electrodos están unidas a la barra en el centro o en un extremo de las mismas. Ventajosamente, la superficie de contacto entre la placa de electrodos y la barra constituye el único soporte fijo para colocar una placa de electrodos. En consecuencia, los dos extremos o uno de ellos son libres, es decir, no tiene ninguna conexión fija a otras placas de electrodos u otras bandas. Esto permite que las placas de los electrodos se deformen sin tensión debido a la expansión térmica.

La distancia entre las placas de electrodos adyacentes en una barra es ventajosamente de 1 a 2000 mm, preferentemente de 5 a 1000 mm, en particular de 10 a 500 mm.

En el caso de las placas de electrodos curvadas/no planas, se entiende que la longitud es la longitud circunferencial. La longitud de las placas de los electrodos disminuye linealmente a lo largo del radio, desde el anillo de electrodos exterior hasta el centro del reactor. Ventajosamente, la longitud de cada placa en una barra es proporcional a su distancia desde el centro de la sección transversal del reactor; en este caso, se entiende que la longitud de las placas de electrodos es la longitud de la placa de electrodos más externa. La longitud de las placas de los electrodos es ventajosamente de 1 cm a 1000 cm, preferentemente de 2 cm a 500 cm, más preferentemente de 5 cm a 200 cm, en particular de 10 cm a 100 cm. La altura de las placas de electrodos es ventajosamente de 1 cm a 200 cm, preferentemente de 2 cm a 100 cm, más preferentemente de 5 cm a 50 cm, en particular de 10 cm a 50 cm. El grosor de las placas de electrodos individuales en una barra es constante. El grosor de las placas de los electrodos (en el punto más grueso), el grosor de la rejilla, es ventajosamente de 0,1 mm a 100 mm, preferentemente de 1 mm a 50 mm. La relación entre la altura y el grosor de las placas de los electrodos es ventajosamente de 1 a 500, preferentemente de 2 a 250, más preferentemente de 5 a 100, en particular de 10 a 50.

En el caso de las rejillas con forma de radio, las bandas de electrodos discurren ventajosamente en forma de estrella dentro del reactor. Ventajosamente, las bandas de electrodos individuales no están unidas entre sí. Las bandas de electrodos están unidas ventajosamente en su extremo exterior a la cubierta del reactor o a un elemento de conexión, por ejemplo un faldón, de la cubierta del reactor. Ventajosamente, el otro extremo de las bandas de electrodos está libre, es decir, no tiene ninguna conexión fija con otras bandas de electrodos. Ventajosamente, la superficie de contacto entre la barra de electrodos y las secciones de fijación superior o inferior, por ejemplo, la cubierta, o un elemento de conexión, por ejemplo, el faldón, forma el único soporte fijo, denominado soporte único, para el posicionamiento de una barra de electrodos. En consecuencia, el otro extremo de la barra de electrodos está libre para que la barra de electrodos pueda deformarse sin tensiones debido a la expansión térmica.

Los bordes superior e inferior de las bandas y de las placas de electrodos están ventajosamente desplazados entre sí. Los bordes escalonados de las bandas y de los los paneles evitan los cruces que, de otro modo, podrían provocar el estancamiento del apilamiento. La figura 15 muestra ejemplos de variantes preferentes para el electrodo inferior. En cada caso se muestra un segmento de la cuadrícula, que se asigna a una sola barra. En la variante mostrada en la figura 15a, el borde superior de las placas de electrodos está situado más alto que el borde superior de la barra. En la variante mostrada en la figura 15b, el borde superior de las placas de electrodos está situado más abajo que el borde superior de la barra. El desplazamiento entre el borde superior de las placas de los electrodos y el borde superior de las bandas es ventajosamente de -500 mm a 500 mm, preferentemente de -200 mm a 200 mm, de manera particularmente preferente de -100 mm a 100 mm. Los valores negativos significan que el borde superior de las placas de los electrodos está situado más abajo que el borde superior de las bandas. El desplazamiento entre el borde inferior de las placas de los electrodos y el borde inferior de las bandas es ventajosamente de -500 mm a 500 mm, preferentemente de -200 mm a 200 mm, de manera particularmente preferente de -100 mm a 100 mm. Los valores negativos significan que el borde superior de las placas de los electrodos está situado más abajo que el borde superior de las bandas.

Electrodos de rejilla escalados fractalmente según la figura 14a y la figura 14b:

La rejilla de anillos concéntricos (electrodo a escala fractal) tiene ventajosamente bandas de electrodos que tienen aproximadamente forma de estrella y placas de electrodos que están realizados como segmentos circulares en forma de arco. Los bordes superior e inferior de las bandas y de las placas de los electrodos están ventajosamente desplazados entre sí en altura. Las bandas están unidas a las placas de electrodos en ambos lados, por lo que las placas de electrodos son continuas dentro de un segmento de un círculo, por ejemplo 1/4 de círculo en la figura 14a y 1/6 de círculo en la figura 14b. El número de bandas aumenta desde el interior hacia el exterior. Las bandas del anillo exterior están unidas a la cubierta del reactor. El número y la disposición de las bandas siguen la siguiente regla: El núcleo de la cuadrícula tiene un diámetro de 2*s, no tiene bandas y se cuenta como anillo 1. La fórmula de recursión para construir más anillos es: "El anillo i tiene el diámetro exterior 2*i*s y tiene n*i bandas distribuidas uniformemente sobre la coordenada angular. En cada anillo recto, las bandas se retuercen en el sentido de las agujas del reloj en n/(n*i) rad". s denota la anchura del anillo. n es un número natural y se llama la base de la recursión. La anchura del anillo s es ventajosamente de 1 a 2000 mm, preferentemente de 5 a 1000 mm, en particular de 10 a 500 mm. n es ventajosamente un número entre 2 y 30, preferentemente un número entre 2 y 20, en particular un número entre 2 y 10. La figura 14a muestra una rejilla con base 4 y la figura 14b muestra una rejilla con base 6. En general, las estructuras reticulares que son escalables en su extensión según una fórmula de recursión se denominan estructuras de escala fractal.

En las rejillas de escala fractal, las bandas de electrodos en el interior del reactor tienen ventajosamente una forma de estrella. Ventajosamente, las placas de electrodos adyacentes en forma de arco circular no están unidas entre sí de manera parcial o por segmentos. En consecuencia, la rejilla se divide ventajosamente en segmentos, ventajosamente de 2 a 30 segmentos, preferentemente de 2 a 20 segmentos. Las bandas de electrodos exteriores están unidas ventajosamente en su extremo exterior a la cubierta del reactor o al elemento de conexión, por ejemplo un faldón, de la cubierta del reactor. Ventajosamente, la superficie de contacto entre las bandas de electrodos y la sección de fijación superior o inferior, por ejemplo la cubierta, o el elemento de conexión, por ejemplo un faldón, forma el único soporte fijo, denominado soporte único, para el posicionamiento de un segmento de rejilla. Esto permite que el segmento de rejilla se deforme por expansión térmica sin tensión, es decir, sin tocar los segmentos de rejilla vecinos.

Las secciones superior e inferior de la carcasa del reactor forman ventajosamente los contactos para los electrodos superior e inferior, respectivamente. Los electrodos se ponen en contacto de forma ventajosa a través de las secciones frontales de la carcasa del reactor, también llamadas cubiertas del reactor (véase la figura 4 y la figura 5). Las cubiertas del reactor tienen ventajosamente una o más conexiones eléctricas, (8) y (17), preferentemente de una a tres conexiones, en el exterior.

Opcionalmente, las cubiertas del reactor comprenden así elementos de conexión, por ejemplo un faldón (10), (16), que se proyecta en la sección central del reactor; entendiéndose por "faldón" una continuación de la cubierta en el interior de la superficie de sellado hacia la pared lateral (11), (18). Ventajosamente, los electrodos están unidos al faldón de la cubierta. El contacto entre la cubierta del reactor y el electrodo puede realizarse mediante una unión por arrastre de material, por ejemplo, soldadura, mediante una unión por arrastre de fuerza, por ejemplo, atornillando o sujetando, o mediante una unión por arrastre de forma, por ejemplo, a través de un dentado, una ranura y un pasador o a través de un pasador y un perno. El tipo de unión preferente viene determinado por el material de las bandas de electrodos.

Las bandas de electrodos metálicas se sueldan preferentemente a la cubierta. Las bandas de electrodos no metálicas se unen preferentemente a la cubierta mediante una unión combinada por arrastre de forma y por arrastre de fuerza o de material, por ejemplo, una unión machihembrada combinada con una unión mediante tornillo, con una unión remachada o con una unión adhesiva.

En las rejillas en forma de estrella y de escala fractal, las bandas de electrodos están ventajosamente unidas en su extremo exterior a la cubierta del reactor o al faldón de la cubierta del reactor.

La superficie de contacto entre el electrodo y las secciones superior o inferior del dispositivo, la cubierta del reactor o el elemento de conexión en contacto con la cubierta, por ejemplo un faldón, está ventajosamente comprendida entre 0,1 cm2 y 10000 cm2, preferentemente entre 1 cm2 y 5000 cm2, en particular entre 10 cm2 y 1000 cm2 Usando un elemento de conexión, por ejemplo un faldón, la superficie de contacto entre la cubierta del reactor y el elemento de conexión en contacto con la cubierta está ventajosamente entre 0,05 cm2 y 200000 cm2, preferentemente entre 0,5 cm2 y 50000 cm2, en particular entre 50 cm2 y 10000 cm2.

Ventajosamente, la temperatura en la superficie de contacto entre la porción superior del dispositivo y el elemento de conexión es ventajosamente inferior a 600 °C, preferentemente inferior a 450 °C, más preferentemente inferior a 150 °C, ventajosamente en el intervalo de 0 a 600 °C, preferentemente de 10 a 450 °C.

La relación entre el área de la sección transversal de los elementos de conexión, por ejemplo un faldón, y el área de la sección transversal de la empaquetadura de material sólido es ventajosamente de 0,001 a 0,2 (0,1 % a 20 %), preferentemente de 0,002 a 0,1 (0,2 % a 10 %), más preferentemente de 0,5 % a 5 %. La relación entre el área de la sección transversal de la cubierta conductora de corriente y el área de la sección transversal de la empaquetadura de material sólido es ventajosamente de 0,001 a 0,2 (0,1 % a 20 %), preferentemente de 0,002 a 0,1 (0,2 % a 10 %), de manera particularmente preferente de 0,005 a 0,05 (0,5 % a 5 %).

En la unidad de electrodos de la cubierta, ventajosamente se disipa menos del 5 %, preferentemente menos del 2 %, de manera particularmente preferente menos del 1 %, especialmente menos del 0,1 % de la energía eléctrica total de entrada. Preferentemente, el intervalo de energía disipada es del 0 % al 5 %, preferentemente del % 0 al 2 %, en particular del 0 % al 1 %. Esto significa que la energía eléctrica puede usarse casi por completo para calentar la empaquetadura entre los electrodos. Por "energía disipada" se entiende la energía eléctrica convertida en energía térmica por la resistencia óhmica de la línea. La baja disipación de energía se consigue gracias a la baja resistencia óhmica de la unidad de electrodos y cubierta. La resistencia óhmica entre dos puntos cualesquiera de la unidad de electrodos y cubierta es ventajosamente de 10-12 O a 10-3 O, preferentemente de 10-12 O a 10-5 O, en particular de 10­ 12 O a 10-7 O. La resistencia óhmica de la unidad de electrodos y cubierta se consigue mediante la elección del material y el dimensionamiento de la unidad de electrodos y cubierta. Para el sistema de reacción de la pirólisis de metano, se describe en el ejemplo un dimensionamiento concreto.

La carcasa del reactor a presión consta ventajosamente de una sección superior del reactor (3), una sección media del reactor (1) y una sección inferior del reactor (2). Los materiales preferentes para la carcasa del reactor son aleaciones de acero, por ejemplo con los números de material 1.4541, 1.4571. La conductividad específica preferente de la sección superior y/o inferior del dispositivo está ventajosamente entre105 S/m y 108 S/m, preferentemente entre 0,5 x 106 S/m y 0,5 x 108 S/m. La resistividad de la envoltura exterior del reactor que soporta la presión está ventajosamente entre 10-8 Om y 10-5 Om, preferentemente entre 210-7 Om y 210-6 Qm.

Por ejemplo, las secciones superior e inferior del reactor incluyen el elemento de conexión de la cara frontal de la carcasa del reactor. La sección superior del reactor está ventajosamente configurada como una cubierta. La sección inferior del reactor también está configurada ventajosamente como una cubierta, en particular como una cubierta cónica (cubierta con cono de salida para el granulado sólido).

La sección superior del reactor, ventajosamente la cubierta del reactor, tiene ventajosamente las siguientes conexiones (véase la figura 4): Alimentación eléctrica (8), entrada de material sólido (6) y eventualmente un distribuidor (9) (por ejemplo en forma de distribuidor cónico), una o varias salidas para una corriente de producto (7), ventajosamente para una corriente de producto gaseoso, alimentaciones para sensores, por ejemplo para la medición de la temperatura, la medición del nivel, la medición de la concentración, la medición de la presión.

La sección inferior del reactor, ventajosamente la cubierta cónica del reactor, tiene ventajosamente las siguientes conexiones (véase la figura 5): el cono de salida para una corriente de producto (14), ventajosamente para una corriente de producto sólido, la alimentación eléctrica para el electrodo inferior (17), al menos una entrada para corrientes de reactivos, (12) preferentemente para corrientes de reactivos gaseosos, alimentaciones para sensores, por ejemplo para la medición de la temperatura, de la concentración, de la presión.

La corriente de reactivo o, en su caso, varias corrientes de reactivo se introducen ventajosamente a través de un distribuidor anular (13) o de varias alimentaciones distribuidas alrededor de la circunferencia en la cubierta inferior del reactor. La corriente de educto puede ser distribuida uniformemente sobre la sección transversal en el nivel de alimentación a través de un distribuidor de placas (12) conectado a él. El distribuidor de placas opcional tiene ventajosamente la misma forma que los electrodos en la vista superior y, por tanto, está en la misma alineación vertical con los electrodos. Alternativamente, el distribuidor consta de elementos individuales, cada uno de los cuales se instala ventajosamente debajo de los elementos del electrodo.

La sección central del reactor es ventajosamente cilíndrica o prismática (véase la figura 3). Esta zona está ventajosamente revestida con un revestimiento resistente a la temperatura y eléctricamente aislante (21) hasta aproximadamente 2000 °C, preferentemente hasta aproximadamente 1700 °C, preferentemente hasta aproximadamente 1400 °C, preferentemente hasta aproximadamente 1200 °C. Esta sección define la longitud de la zona calentada. La longitud de la sección central del reactor está ventajosamente comprendida entre 0,25 m y 100 m, preferentemente entre 0,5 m y 50 m, particularmente preferente entre 0,75 m y 20 m, especialmente entre 1 m y 10 m.

La distancia vertical entre el borde superior de la sección central del reactor y el borde superior de la empaquetadura de material sólido es ventajosamente de -2000 mm a 2000 mm, preferentemente de -1000 mm a 1000 mm, más preferentemente de -500 mm a 500 mm. Los valores negativos significan que el borde superior de la sección media del reactor está situado más abajo que el borde superior de la empaquetadura de material sólido. La distancia vertical entre el borde superior de la sección central del reactor y el borde inferior de las placas de los electrodos en el electrodo superior es ventajosamente de 10 mm a 5000 mm, preferentemente de 100 mm a 3000 mm, más preferentemente de 200 mm a 2000 mm. La distancia vertical entre el borde superior de las placas del electrodo inferior y la entrada de los reactivos gaseosos es ventajosamente de 10 mm a 5000 mm, preferentemente de 100 mm a 3000 mm, más preferentemente de 200 mm a 2000 mm.

El aislamiento eléctrico asume las funciones de4: (i) aislar las cubiertas contra la pared lateral del reactor, es decir, la sección central de la carcasa del reactor, y (ii) aislar el apilamiento contra la pared lateral del reactor.

Normalmente, se usan ladrillos refractarios para el revestimiento aislante de la electricidad, que contienen ventajosamente óxido de aluminio, óxido de circonio, así como óxidos mixtos de aluminio, magnesio, cromo, silicio (véase, por ejemplo, la disertación de Patrick Gehre: Korrosions- und thermoschockbestandige Feuerfestmaterialien für Flugstromvergasungsanlagen auf Al2O3-Basis-Werkstoffen-wicklung und Korrosionsuntersuchungen (Materiales refractarios resistentes a la corrosión y al choque térmico para sistemas de gasificación de flujo arrastrado a base de materiales de Al2O3: investigaciones sobre el enrollamiento y la corrosión). (TU Freiberg, 2013)).

De manera ventajosa, la sección central del reactor está aislada eléctricamente de las dos cubiertas. Para ello se usa, por ejemplo, un anillo intermedio de material eléctricamente aislante (23) y (25), que se sujeta ventajosamente de forma estanca a los gases entre la sección media del reactor y la cubierta superior del reactor (11) o la cubierta inferior del reactor (18). El anillo intermedio es ventajosamente de metal esmaltado o metal recubierto de plástico, de plástico, por ejemplo PTFE o PEEK, o de cerámica estanca a los gases. Como alternativa, se pueden sujetar anillos de sellado de material eléctricamente aislante, por ejemplo, mica, directamente entre las bridas de la sección media del reactor y las cubiertas del reactor. El grosor del anillo intermedio es ventajosamente de 2 mm a 500 mm, preferentemente de 3 mm a 200 mm, particularmente preferente de 5 mm a 100 mm.

Ventajosamente, las secciones superior y/o inferior del dispositivo, por ejemplo la cubierta superior, están realizadas con dos carcasas (véase la figura 6). La carcasa exterior de la cubierta (41) rodea ventajosamente la cubierta (3 o 31) descrita anteriormente, que constituye ventajosamente la cubierta interior. La carcasa interior es ventajosamente el elemento de conexión conductor de corriente. La carcasa exterior está ventajosamente aislada eléctricamente de la carcasa interior. La carcasa exterior está ventajosamente conectada a la sección media del reactor (1) a través de una brida (22 o 42). Entre las bridas (42) y (22) se inserta ventajosamente una junta. Ventajosamente, la junta es una junta plana, una junta lenticular, una junta tórica o una junta de labio de soldadura. Además, la carcasa exterior (41) contiene ventajosamente los pasamuros (43) para las conexiones (6), (7), (8) que desembocan en la carcasa interior de la cubierta. Ventajosamente, los pasamuros son desmontables, de modo que la carcasa exterior puede embridarse por separado al reactor o desmontarse (véanse las figuras 19 y 20).

La realización ventajosa de los pasamuros a través de una cubierta de doble casco es conocida por el experto, por ejemplo en el documento US 7.842.846 B2 descrito. En la presente invención, de manera ventajosa el pasamuros está aislado eléctricamente entre las carcasas interior y exterior. La figura 19 muestra a modo de ejemplo el pasamuros para la entrada de la corriente de partículas (6) en el reactor. La corriente de partículas sólidas se dirige ventajosamente a través del tubo de entrada (58), que está provisto de una brida (52). El tubo de entrada consta ventajosamente de un material metálico, preferentemente un tubo metálico, que está recubierto con una capa eléctricamente aislante, por ejemplo, esmalte. El pasamuros comprende ventajosamente dos boquillas cilindricas concéntricas, la exterior (51) de las cuales está unida a la carcasa exterior y la interior (54) a la carcasa interior de la cubierta. Ventajosamente, la boquilla interior tiene un compensador que permite la flexibilidad de la espiga interior en la dirección longitudinal. Ventajosamente, la boquilla interior termina en una placa roscada cuya circunferencia exterior es menor que la circunferencia de la espiga exterior. La boquilla exterior termina ventajosamente en una brida del aparato. Las bridas interior y exterior se sujetan ventajosamente de forma estanca a los gases contra un anillo intermedio (53). La boquilla interior y la boquilla exterior están ventajosamente aisladas eléctricamente entre sí. Para ello, el anillo intermedio de metal con juntas planas (55) de material eléctricamente aislante, por ejemplo mica o plástico, se sujeta ventajosamente entre la brida del tubo de entrada por un lado y la brida de la tobera exterior y la placa roscada de la tobera interior por el otro. Entre los tornillos de fijación y el anillo intermedio se usan ventajosamente manguitos de material eléctricamente aislante (57), por ejemplo de plástico o de cerámica de óxido.

Alternativamente, el anillo intermedio puede estar hecho de material eléctricamente aislante, por ejemplo plástico, PEEK o cerámica de óxido densamente sinterizada. Alternativamente, un anillo intermedio hecho de metal puede ser cubierto con un material eléctricamente aislante, por ejemplo, esmalte o plástico.

Ventajosamente, la junta del anillo intermedio contra la espiga exterior es una junta plana, una junta lenticular, una junta tórica o una junta de labio de soldadura.

La figura 20 muestra un ejemplo del pasamuros de la línea de alimentación eléctrica que llega a la carcasa interior de la cubierta. El pasamuros comprende un pasador (63) soldado o prensado al exterior de la carcasa interior (2). El pasador está conectado a una toma (64), que está conectada a la alimentación eléctrica, a través de una conexión de tornillo o de pinza. El casquillo tiene un collarín en el extremo inferior. El pasador es conducido sin apretar en un manguito cerámico (65) de material eléctricamente aislante. El manguito es ventajosamente de cerámica de óxido. Preferentemente, el manguito es de metal y está recubierto con una capa de esmalte. El manguito de cerámica es conducido a su vez en una boquilla tubular (61). Esta boquilla tubular está soldada a la carcasa exterior de la cubierta (27). La boquilla tubular contiene ventajosamente un compensador y una brida soldada. La boquilla tubular (61), el manguito aislante (65) y el casquillo (64) se sujetan mediante una brida suelta (62). Las juntas planas (66) están insertadas entre la boquilla tubular (61) y el manguito (65) y entre el manguito (65) y el casquillo (64). Ventajosamente, las juntas planas son de mica. Como alternativa, las juntas pueden realizarse en forma de juntas tóricas. Entre los tornillos de fijación y la brida de la boquilla tubular exterior se usan ventajosamente manguitos de material aislante de la electricidad (67), por ejemplo de plástico o de cerámica de óxido.

Ventajosamente, la carcasa exterior de la cubierta según las figuras 6 y 7 incluye conexiones para la entrada (44) y la salida (45) de una corriente de gas inerte que contiene, por ejemplo, nitrógeno, argón, dióxido de carbono y/o vapor de agua. El gas inerte lava el espacio de la camisa entre las carcasas interior y exterior de la cubierta. Ventajosamente, la presión en el espacio de la camisa se establece ligeramente más alta que la presión en la parte inmediatamente adyacente de la sección de reacción. La diferencia de presión entre el espacio de la camisa y la parte inmediatamente adyacente de la sección de reacción es ventajosamente de 1 mbar a 500 mbar, preferentemente de 1 mbar a 100 mbar, de manera particularmente preferente de 1 mbar a 50 mbar. El ajuste de esta diferencia es conocido por el experto, por ejemplo está descrito en el documento 2013017609 A1 .

El dimensionamiento del reactor depende del sistema de reacción y de la capacidad prevista. Para el sistema de reacción de la pirólisis de metano, se describe en el ejemplo un dimensionamiento concreto.

El reactor empaquetado según la invención contiene ventajosamente un apilamiento aleatorio de partículas sólidas de material eléctricamente conductor. El apilamiento puede ser homogéneo o estar estructurado en altura. Un apilamiento homogéneo puede formar ventajosamente un apilamiento fijo, un apilamiento móvil o un apilamiento fluidizado, especialmente un apilamiento móvil. Un apilamiento estructurado en altura forma ventajosamente un apilamiento fijo en la sección inferior y un apilamiento fluidizado en la sección superior. Alternativamente, el apilamiento estructurado forma ventajosamente un apilamiento móvil en la sección inferior y un apilamiento fluidizado en la sección superior. Alternativamente, la empaquetadura de material sólido contiene ventajosamente elementos internos estructurados de material eléctricamente conductor, por ejemplo monolitos en panal, placas cruzadas como los paquetes Mellapack de Sulzer, mezcladores estáticos como los mezcladores SMX de Sulzer o partículas sueltas. Los elementos internos estructurados contienen preferentemente metal, carburo de silicio o carbono y forman caminos continuos de conducción eléctrica entre los electrodos. Opcionalmente, el volumen hueco de los internos estructurados se rellena total o parcialmente con partículas sólidas. Las partículas sólidas forman ventajosamente un lecho fijo, un lecho móvil, un lecho fluidizado o un lecho de goteo. Las partículas pueden consistir ventajosamente en materiales eléctricamente conductores y/o eléctricamente aislantes.

Las empaquetaduras estructuradas resistentes a la temperatura y conductoras de la electricidad pueden incluir elementos internos de metal y/o cerámicas conductoras de la electricidad, por ejemplo, carburo de silicio, carbono y materiales compuestos que contengan estas sustancias.

En la presente solicitud, se entiende por "integración de calor" un intercambio de calor a contracorriente entre una corriente de material caliente y una de material frío de un proceso, que hace que el calor sensible de la corriente de material caliente se use para calentar la corriente de material frío. De este modo se consigue un cambio de temperatura de las corrientes de material implicadas sin transferir flujos de calor a través de los límites del proceso.

El reactor según la invención ofrece características ventajosas para la realización de un modo de funcionamiento térmicamente integrado para procesos endotérmicos de alta temperatura. Estas características son, en particular, (i) la conducción en contracorriente entre una corriente de partículas sólidas y una corriente de gas, y (ii) el ajuste de la posición de la zona calentada dentro de la sección de reacción, dando lugar a una zona de transferencia de calor en el extremo superior para el intercambio de calor entre el gas de producto caliente y la corriente fría de partículas sólidas, y una zona de transferencia de calor en el extremo inferior para el intercambio de calor entre la corriente de producto sólido y la alimentación de gas frío.

La eficacia de la integración del calor se consigue minimizando la resistencia a la transferencia de calor entre el gas y la empaquetadura de material sólido mediante una relación favorable de las corrientes de capacidad térmica de los medios de reacción gaseosos y sólidos en las zonas de transferencia de calor. Una medida de la eficiencia de la integración del calor es la eficiencia de integración del calor: n=(temperatura de la zona de reacción -temperatura de salida del gas de la corriente principal)/(temperatura de la zona de reacción-temperatura de entrada del material sólido).

La eficacia de integración del calor es ventajosamente superior al 60 %, preferentemente superior al 65 %, más preferentemente superior al 70 %, más preferentemente superior al 80 %, más preferentemente superior al 90 %, particularmente superior al 95 %. La eficiencia de la integración del calor está ventajosamente en el intervalo del 60 al 99,5 %.

La longitud de la unidad de transferencia de calor se determina predominantemente por medio de los parámetros (i) propiedades de las partículas del apilamiento tal como el tamaño de las partículas, la conductividad térmica, el coeficiente de emisión, (ii) propiedades de la fase gaseosa tales como la conductividad y (iii) condiciones de funcionamiento tales como la presión, la temperatura, el caudal.

La resistencia a la transferencia de calor durante el intercambio de calor entre el gas y la empaquetadura de material sólido en las zonas de transferencia de calor presenta ventajosamente una longitud de las unidades de transferencia o de las unidades de altura de transferencia (HTU) de 0,01 a 5 m, preferentemente de 0,02 a 3 m, más preferentemente de 0,05 a 2 m, en particular de 0,1 a 1 m. La definición de HTU está tomada de http://elib.unistuttgart.de/bitstream/11682/2350/1/docu_FU.pdf página 74.

El flujo de capacidad calorífica es el producto de la corriente de masa y la capacidad calorífica específica de una corriente de material. Ventajosamente, la relación de los flujos de capacidad calorífica entre la corriente de proceso gaseosa y la corriente de proceso de sólidos es de 0,5 a 2, preferentemente de 0,75 a 1,5, de manera particularmente preferente de 0,85 a 1,2, especialmente de 0,9 a 1,1. La relación de los flujos de capacidad calorífica se ajusta a través de las corrientes de alimentación y, si es necesario, a través de la alimentación lateral o de la retirada lateral de corrientes parciales.

En el extremo superior de la sección de reacción, en particular en el borde superior de la empaquetadura de material sólido, la diferencia entre la temperatura de salida de la corriente de producto gaseoso y la corriente de alimentación de partículas sólidas es ventajosamente de 0 K a 500 K, preferentemente de 0 K a 300 K, más preferentemente de 0 K a 200 K, en particular de 0 K a 100 K.

En el extremo inferior de la sección de reacción, en particular en el punto en que la corriente de producto sólido es restirada del reactor, la diferencia entre la temperatura de salida de la corriente de producto sólido y la corriente de alimentación gaseosa es ventajosamente de 0 K a 500 K, preferentemente de 0 K a 300 K, más preferentemente de 0 K a 200 K, en particular de 0 K a 100 K.

La sección media del reactor tiene ventajosamente una conexión para una descarga lateral de gas. La descarga lateral es ventajosamente una abertura entre el lecho móvil y una zona permeable al gas en el reactor aislada del lecho móvil y conectada a una abertura separada en la carcasa del reactor. La abertura de la descarga lateral hacia la sección de reacción puede ser ventajosamente continua o estar dividida en segmentos por medio de canales fijos (19). Preferentemente, los canales fijos (19) están integrados en las bandas de electrodos. Los canales pueden combinarse para formar un colector anular (20). Esta descarga lateral puede usarse para extraer parte del gas de reacción de la sección de reacción.

La descarga lateral es ventajosamente un área de altura limitada en la parte superior de la zona calentada. De manera particularmente preferente, la descarga lateral está situada, con respecto a la posición del electrodo superior, de la siguiente manera:

La posición del extremo inferior de la descarga lateral en relación con el extremo inferior del electrodo superior es ventajosamente de -2000 a 2000 mm, preferentemente de -1000 a 1000 mm, más preferentemente de -500 a 500 mm, en particular de -500 a 0 mm. Los valores negativos significan que el extremo inferior de la descarga lateral está más bajo que el extremo inferior del electrodo superior.

La posición del extremo superior de la descarga lateral con respecto al extremo inferior del electrodo superior es ventajosamente de -2000 a 3000 mm, preferentemente de -1000 a 2000 mm, más preferentemente de -500 a 1000 mm, en particular de 0 a 1000 mm. Los valores negativos significan que el extremo superior de la descarga lateral está más bajo que el extremo inferior del electrodo superior.

La posición del extremo superior de la descarga lateral con respecto al extremo superior de la zona de reacción central es ventajosamente de -3000 a -100 mm, preferentemente de -2000 a -100 mm, más preferentemente de -1000 a -100 mm, particularmente de -500 a -100 mm. Los valores negativos significan que el extremo superior del disparo lateral está más bajo que el extremo superior de la zona de reacción media.

La proporción de la corriente de volumen total que es conducida a través de la descarga lateral es ventajosamente del 0 % al 100 %, preferentemente del 0 % al 80 %, más preferentemente del 0 % al 60 %, en particular del 0 % al 40 %.

Por medio de la descarga lateral se reduce el flujo de capacidad calorífica de la corriente gaseosa en la zona superior de transferencia de calor y se adapta al flujo de capacidad calorífica de la corriente de material sólido a calentar en el apilamiento móvil, que fluye en contracorriente con ella. La descarga lateral afecta a la posición de la zona superior de transferencia de calor, es decir, al lugar del punto con el mayor gradiente de temperatura negativo en términos de magnitud en el lecho móvil. Ventajosamente, la posición de la zona superior de transferencia de calor está a una distancia de 10 a 3000 mm, preferentemente de 100 a 2500 mm, más preferentemente de 200 a 2000 mm, en particular de 300 a 2000 mm por debajo del extremo superior del lecho móvil.

Otra ventaja de la descarga lateral es que la temperatura de la corriente descargada está cerca de la temperatura máxima. Gracias a la alta temperatura, esta corriente se puede usar de forma eficiente de muchas maneras. La corriente de gas de la descarga lateral puede, por ejemplo, usarse como gas de reacción en una ecubierta de reacción posterior (referencia a la pirólisis de acoplamiento/reacción de cambio de gas de reserva de agua).

Otra ventaja de la descarga lateral es que los electrodos por encima de la zona calentada están en un intervalo de temperatura más frío. Así, a pesar de las elevadas temperaturas en la zona calentada, se pueden seleccionar materiales para los electrodos que solo pueden usarse en un intervalo de temperaturas más frío.

Los materiales de soporte del apilamiento de producción son ventajosamente resistentes a la temperatura en el intervalo de 500 a 2000 °C, preferentemente 1000 a 1800 °C, más preferentemente 1300 a 1800 °C, de manera particularmente preferente 1500 a 1800 °C, especialmente 1600 a 1800 °C.

Los materiales portadores del lecho de producción son ventajosamente conductivos eléctricamente en el intervalo entre 10 S/cm y 105 S/cm.

Los materiales carbonosos, por ejemplo, el coque, el carburo de silicio y el carburo de boro, se consideran ventajosamente como materiales portadores resistentes a la temperatura, especialmente para la pirólisis de metano. Dado el caso, los soportes están recubiertos de materiales catalíticos. Estos materiales de transferencia de calor pueden tener diferentes propiedades de expansión en comparación con el carbono depositado en ellos.

Las partículas de gránulos tienen una forma geométrica regular y/o irregular. Las partículas de forma regular son ventajosamente esféricas o cilíndricas.

Los gránulos tienen ventajosamente una granulación, es decir, un diámetro equivalente que puede determinarse por tamizado con un tamaño de malla específico, de 0,05 a 100 mm, preferentemente de 0,1 a 50 mm, más preferentemente de 0,2 a 10 mm, en particular de 0,5 a 5 mm.

Además, es ventajoso el uso de material que contenga carbono, por ejemplo en forma de gránulos. En la presente invención, se entiende por gránulo que contiene carbono un material que, ventajosamente, está formado por granos sólidos que contienen al menos un 50 % en peso, preferentemente al menos un 80 % en peso, y más preferentemente al menos un 90 % en peso de carbono, en particular al menos un 98 % en peso de carbono.

En el procedimiento según la invención se pueden usar varios gránulos carbonosos diferentes. Los gránulos pueden, por ejemplo, estar formados principalmente por carbón, coque, coque de piedra y/o mezclas de los mismos. Además, los gránulos carbonosos pueden contener del 0 al 15 % en peso, basado en la masa total de los gránulos, preferentemente del 0 al 5 % en peso, de metal, óxido de metal y/o cerámica.

Una variante ventajosa del diseño del reactor según la invención es un reactor catalítico de lecho fijo con calentamiento eléctrico directo. La figura 21 muestra un esquema del reactor según la invención. El reactor se divide ventajosamente en varias zonas. Ventajosamente, están dispuestos de arriba a abajo: la entrada de gas (73), el electrodo superior (4), la zona calentada, el electrodo inferior (5), la salida de la corriente de producto gaseoso (74).

El reactor se llena parcialmente con una empaquetadura aleatoria o estructurada de material conductor de la electricidad. La empaquetadura se apoya en el asiento del catalizador (72), que a su vez está unido, en un elemento de conexión, por ejemplo un faldón, a la cubierta inferior del reactor. Ventajosamente, los electrodos superior e inferior (4) y (5) están dispuestos en los extremos superior e inferior de la empaquetadura de material sólido, respectivamente.

Bajo el término de procesos de alta temperatura se incluyen, entre otras, reacciones de pirólisis, reacciones de deshidrogenación y reacciones de reformado.

Según la invención, el proceso endotérmico de alta temperatura es preferentemente un proceso cuyo consumo de energía específico por volumen en la zona calentada es superior a 0,5 MW/m3, más preferentemente superior a 1 MW/m3, en particular superior a 2 MW/m3. Por ejemplo, el consumo de energía puede estar entre 0,5 y 10 MW/m3 en la zona calentada.

Preferentemente, en el reactor de lecho móvil según la invención se llevan a cabo las siguientes reacciones de alta temperatura:

• la producción de gas de síntesis mediante el reformado de hidrocarburos con vapor y/o dióxido de carbono, la coproducción de hidrógeno y carbono de pirólisis mediante la pirólisis de hidrocarburos. Los materiales portadores adecuados son, en particular, gránulos que contienen carbono, gránulos que contienen carburo de silicio y gránulos metálicos que contienen níquel.

• la producción de cianuro de hidrógeno a partir de metano y amoníaco o de propano y amoníaco. Los materiales portadores adecuados son, en particular, los gránulos que contienen carbono.

• la producción de olefinas por craqueo al vapor de hidrocarburos. Los materiales portadores adecuados son, en particular, los gránulos que contienen carbono y los gránulos que contienen carburo de silicio.

• el acoplamiento del metano al etileno, al acetileno y al benceno.

• la producción de olefinas mediante la deshidrogenación catalítica de alcanos, por ejemplo, propileno a partir de propano o buteno a partir de butano. Los materiales portadores adecuados son, en particular, gránulos que contienen carburo de silicio recubiertos con catalizadores de deshidrogenación o cuerpos moldeados ferrosos.

• la producción de estireno por medio de deshidrogenación catalítica de etilbenceno. Los materiales portadores adecuados son, en particular, gránulos que contienen carburo de silicio recubiertos con catalizadores de deshidrogenación o cuerpos moldeados ferrosos.

• la producción de diolefinas mediante la deshidrogenación catalítica de alcanos o de olefinas, por ejemplo butadieno a partir de buteno o de butano. Los materiales portadores adecuados son, en particular, gránulos que contienen carburo de silicio recubiertos con catalizadores de deshidrogenación o cuerpos moldeados ferrosos.

• aldehídos por deshidrogenación catalítica de alcoholes, por ejemplo formaldehído anhidro a partir de metanol.

Los materiales portadores adecuados son, en particular, gránulos que contienen plata o gránulos que contienen carburo de silicio recubiertos con catalizadores de deshidrogenación o cuerpos moldeados que contienen hierro.

• la producción de CO por medio de la reacción de Boudouard a partir de CO2 y carbono. Los materiales portadores adecuados son, en particular, los gránulos que contienen carbono.

• la producción de hidrógeno y oxígeno por medio de termólisis catalítica del agua en contactos catalíticos. Los materiales portadores adecuados son, en particular, los gránulos que contienen carburo de silicio o hierro recubiertos con un contacto de separación, por ejemplo, una ferrita.

Para las variantes preferentes del procedimiento según la invención, los intervalos de los valores nominales de la temperatura máxima se resumen en forma de tabla:

Ventajosamente, la temperatura del electrodo superior asciende al menos a 350 °C, ventajosamente está en el intervalo de 350 a 1900 °C.

El contacto de los electrodos a través de las secciones planas y frontales de la carcasa del reactor o de un elemento de conexión unido a ella y, además, dado el caso, el uso de metales refractarios como material de los electrodos, permiten la introducción de la corriente eléctrica en la sección de reacción con pocas pérdidas. Gracias a las grandes superficies transversales y a la elevada conductividad eléctrica específica de las cubiertas del reactor y, en su caso, de los elementos de conexión, la potencia eléctrica disipada en ellos es insignificante. Esto mantiene las conexiones, los pasamuros y las uniones de esta zona a un nivel de temperatura moderado sin necesidad de una costosa refrigeración activa. Gracias al dimensionamiento adaptado de las áreas de la sección transversal de los electrodos y de los elementos de conexión, se consigue una distribución uniforme de la corriente eléctrica a lo largo de la sección transversal de la empaquetadura de material sólido.

El contacto de los electrodos a lo largo de la circunferencia de las cubiertas y, si es necesario, en combinación con la geometría en forma de rejilla de los electrodos, permite una introducción uniforme de la corriente eléctrica en la sección de reacción. Además, la geometría en forma de rejilla de los electrodos permite la estructuración de la sección transversal del reactor en zonas pequeñas y uniformes. Con ello se crean condiciones favorables para el escalado racional y la adaptación del reactor a la capacidad de producción requerida.

Por medio de la disposición vertical de los electrodos es posible una liberación de calor uniforme y un proceso de conversión uniforme a lo largo del área calentada de la sección de reacción. La realización preferente de los electrodos con bandas de electrodos en forma de nervios y placas de electrodos conectadas a ellas presenta una elevada resistencia mecánica. La segmentación de los electrodos y la fijación unilateral permiten una expansión térmica sin obstáculos de los electrodos.

El alto grado de esbeltez y el perfilado de las bandas de electrodos y de las placas de electrodos con extremos puntiagudos permiten un flujo sin obstáculos de las partículas sólidas en el lecho móvil. Con ello se garantizan unas condiciones de funcionamiento uniformes en toda la sección transversal de la sección de reacción.

Colocando los electrodos en el interior de la empaquetadura, se crean dos zonas definidas de transferencia de calor por encima y por debajo de la zona calentada eléctricamente de la empaquetadura, en las que se puede conseguir una recirculación interna del calor. Esto significa que el reactor tiene los requisitos previos para la integración completa del calor.

Al colocar el borde superior de la empaquetadura de material sólido dentro de la sección central del reactor, se delimita de una manera fiable la zona de alta temperatura dentro del área mecánica y térmicamente robusta del reactor.

Al dividir la carcasa en tres secciones, es más fácil montar y desmontar el reactor. Esto permite sustituir fácilmente las piezas de desgaste y usar secciones prefabricadas del reactor para su construcción. En consecuencia, se mejora la eficiencia económica y la calidad de fabricación del reactor.

Figura 1:

La figura 1 muestra un esquema de un reactor de lecho móvil según la invención con calentamiento eléctrico directo.

a. Sección longitudinal a través del reactor.

b. Sección transversal del reactor a la altura del electrodo superior. En esta vista es visible la sección transversal del elemento de conexión 10.

c. Vista lateral del desarrollo del faldón del electrodo superior. En esta vista es visible la sección transversal del electrodo 4.

Figura 2:

La figura 2 muestra un esquema de un reactor de lecho móvil según la invención con calentamiento eléctrico directo.

Figura 3:

La figura 3 muestra un dibujo detallado de la sección central de la carcasa del reactor.

Figura 4:

La figura 4 muestra un dibujo detallado de la cubierta superior del reactor en vista lateral (arriba) y vista superior (abajo).

Figura 5:

La figura 5 muestra un dibujo detallado de la cubierta inferior del reactor en la vista lateral (abajo) y en la vista desde abajo (arriba).

Figura 6:

La figura 6 muestra una variante del reactor según la invención con una cubierta superior de doble carcasa.

Figura 7:

La figura 7 muestra una representación detallada de la cubierta superior del reactor en vista lateral (arriba) y vista superior (abajo).

Figura 8:

La figura 8 muestra perfiles longitudinales ventajosos de las bandas de electrodos en el electrodo superior según la invención. Se usan perfiles idénticos en el electrodo inferior.

Figura 9:

La figura 9 muestra perfiles laterales ventajosos de las bandas de electrodos en el electrodo superior según la invención. La parte inferior de las bandas es horizontal.

Figura 10:

La figura 10 muestra perfiles laterales ventajosos de las bandas del electrodo inferior según la invención. La parte superior de las bandas es horizontal.

Figura 11:

La figura 11 muestra perfiles transversales ventajosos de las bandas de electrodos y de las placas de un electrodo en forma de rejilla según la invención.

Figura 12:

La figura 12 muestra una ventajosa vista superior de los electrodos en forma de rejilla.

a. Rejilla en panal de abeja. Los panales pueden ser polígonos regulares o irregulares. Página número 3 a 20.

b. Rejilla rectangular

Figura 13:

La figura 13 muestra una vista superior preferente de los electrodos en forma de rejilla.

a. Rejilla dividida en forma de radios

b. Rejilla dividida en forma de radios con bandas laterales

Figura 14:

La figura 14 muestra una vista superior particularmente preferente de los electrodos en forma de rejilla. Las líneas discontinuas muestran los límites de los segmentos.

a. Rejilla en forma de anillo "a escala fractal" dividida en cuatro segmentos

b. Rejilla en forma de anillo "a escala fractal" dividida en seis segmentos

Figura 15:

La figura 15 muestra un segmento de un electrodo en forma de rejilla dividida según la invención, que consiste en una banda de electrodos fijada al faldón de la cubierta del reactor y en placas dispuestas ortogonalmente a ella.

a) La barra de electrodos está en la parte inferior y las placas sobresalen en la parte superior.

b) La barra de electrodos sobresale hacia arriba y hacia abajo.

Figura 16:

La figura 16 muestra los electrodos de varilla según la invención.

a) Electrodo de varilla con extremo cónico: Vista frontal (izquierda), vista lateral (derecha), vista superior (abajo).

b) Electrodo de varilla con extremo en forma de cuña: Vista frontal (izquierda), vista lateral (derecha), vista superior (abajo).

Figura 17:

La figura 17 muestra un esquema de un reactor de lecho móvil según la invención con calentamiento eléctrico directo con electrodos de varilla.

Figura 18:

La figura 18 muestra una vista detallada de la cubierta superior del reactor con electrodos de varilla en la vista lateral (arriba) y en la vista superior (abajo).

Figura 19:

La figura 19 muestra un esquema del pasamuros según la invención a través de la carcasa exterior de la cubierta superior para la entrada de la corriente de partículas sólidas.

Figura 20:

La figura 20 muestra un esquema del pasamuros de la invención a través de la carcasa exterior de la cubierta superior para el carril de conexión de la corriente eléctrica.

Figura 21:

La figura 21 muestra un esquema de un reactor de lecho fijo con calentamiento eléctrico directo según la invención.

Figura 22:

La figura 22 muestra un boceto dibujado a mano de una sección superior o inferior del dispositivo según la invención para ilustrar el cálculo de la relación entre las áreas de la sección transversal de los electrodos superior o inferior (A^ei) y el área de la sección transversal del respectivo elemento de conexión conductor de corriente (A^ve).

Figura 23:

La figura 23 muestra un boceto dibujado a mano de un prototipo de conector de electrodos análogo a los dibujos del documento US 5.903.591 para ilustrar el cálculo de la relación entre las áreas transversales del electrodo (A^ei) y el área transversal del respectivo elemento de conexión conductor de corriente (A^ve).

Leyendas:

1. Sección media del reactor

2. Sección del lado frontal inferior del reactor / cubierta inferior del reactor / sección inferior del dispositivo 3. Sección del lado frontal superior del reactor / cubierta superior del reactor / sección superior del disositivo 4. Bandas de electrodos de un electrodo superior dividido

5. Bandas de electrodo de un electrodo inferior dividido

6. Entrada de la corriente de partículas sólidas

7. Salida de la corriente de producto gaseoso

8. Carril de conexión para la corriente eléctrica en la cubierta superior del reactor

9. Distribuidor de conos

10. Elemento de conexión / faldón en la cubierta superior del reactor para el contacto con los electrodos 11. Brida en la cubierta superior del reactor

12. Distribuidor de placas para la corriente de reactivos gaseosos

13. Distribuidor anular para la corriente de reactivos gaseosos

14. Cubierta inferior del reactor de forma cónica

15. Salida de la corriente de productos sólidos

16. Elemento de conexión / faldón en la cubierta inferior del reactor para el contacto con los electrodos 17. Carril de conexión para la corriente eléctrica en la cubierta inferior del reactor

18. Brida en la cubierta inferior del reactor

19. Canales para la descarga lateral de una corriente parcial gaseosa de la sección de reacción

20. Colector anular para la descarga lateral

21. Revestimiento de la camisa del reactor con un revestimiento de ladrillo refractario, aislante eléctrico y térmico

22. Brida en el extremo superior de la camisa del reactor

23. Anillo intermedio eléctricamente aislante entre las bridas de la cubierta superior y de la camisa del reactor 24. Brida en el extremo inferior de la camisa del reactor

25. Anillo intermedio eléctricamente aislante entre las bridas de la cubierta superior y de la camisa del reactor 26. Sección calentada en el apilamiento de partículas / en el lecho móvil

27. Zona inferior de transferencia de calor en el apilamiento de partículas / en el lecho móvil

28. Zona superior de transferencia de calor en el apilamiento de partículas / en el lecho móvil

29. Pared de la carcasa de la sección media del reactor

30. Pared de la carcasa de la cubierta inferior del reactor

31. Pared de la carcasa de la cubierta superior del reactor

41. Carcasa exterior de la cubierta superior del reactor / sección superior del dispositivo

42. Brida en la cubierta superior del reactor / sección inferior del dispositivo

43. Pasamuros eléctricamente aislantes y estancos a los gass en la carcasa exterior de la cubierta superior del reactor

44. Entrada de la corriente de lavado para el hueco entre las carcasas interior y exterior de la cubierta superior 45. Salida de la corriente de lavado del hueco entre las carcasas interior y exterior de la cubierta superior 46. Bandas de una rejilla de electrodos en forma de rejilla fijadas rígidamente a lo largo del faldón de la cubierta del reactor

47. Placas o bandas laterales fijadas a un lado de las bandas de un electrodo dividido

51. Boquilla en la carcasa exterior con brida soldada

52. Cable de conexión con brida de soldadura

53. Anillo intermedio

54. Boquilla en la carcasa interior con compensador y placa roscada soldada

55. Juntas para unir las bridas (51) y (52) al anillo intermedio (53)

56. Juntas para la unión entre la placa roscada (54) y el anillo intermedio (53)

57. Manguitos de material aislante de la electricidad

58. Tubo de entrada para la corriente de partículas sólidas

61. Boquilla en la carcasa exterior con compensador y brida soldada

62. Brida suelta

63. Clavija de conexión para la corriente eléctrica en la carcasa interior de la cubierta

64. Toma de conexión para la corriente eléctrica como contrapartida a (63)

65. Manguitos de material aislante de la electricidad

66. Juntas para unir las bridas (61) y (62) al manguito (65)

67: Manguito de material aislante de la electricidad

71. Sección frontal superior de la carcasa del reactor / cubierta superior del reactor / sección superior de la plantilla con forma de fondo abombado

72. Asiento del catalizador para apoyar el lecho catalítico fijo

73. Entrada de la corriente de reactivo gaseoso

74. Salida de la corriente de producto gaseoso

A^ei: Área de la sección transversal del electrodo

A^ve: Área de la sección transversal del elemento de conexión

VE: Elemento de conexión

H: Cubierta

D: Anillo de sellado y aislamiento

SW: Pared lateral

WD: Aislamiento térmico / revestimiento de ladrillo

F1: Brida en la cubierta

F2: Brida en la pared lateral

EI: Electrodo

T: Embudo

ZS: Caja cilíndrica

Ejemplos:

Ejemplo comparativo (por analogía con el documento US 5.946.342):

La pirólisis de metano se realizará en un reactor de lecho móvil con calentamiento eléctrico directo. El caudal del reactante gaseoso es de 11000 Nm3/h. La corriente contiene un 65 % en volumen de metano, un 15 % en volumen de hidrógeno y nitrógeno en aproximadamente un 20 % en volumen. la corriente de reactivo sólido introducido en el reactor desde arriba es de 11,45 t/h. La corriente de partículas consiste en coque con un contenido de carbono > 99,5 %. El diámetro de la sección de reacción es de 3400 mm, la altura de la zona calentada eléctricamente es de 2000 mm. En los extremos superior e inferior de la zona calentada se han dispuesto electrodos de grafito en forma de rejilla, a través de los cuales se introduce la corriente eléctrica en la empaquetadura de material sólido del lecho móvil. Por encima del electrodo superior hay una zona de transferencia de calor de 1000 mm de longitud. De manera análoga, por debajo del electrodo inferior hay una zona de transferencia de calor de 1000 mm de longitud. Hay que inyectar una corriente eléctrica de 70000 A en el reactor. La corriente eléctrica se introduce a través de doce líneas de alimentación de electrodos cilíndricos de grafito, que están dispuestas a la altura del electrodo respectivo en forma de estrella y uniformemente alrededor de la circunferencia de la camisa del reactor. Las llíneas de los electrodos tienen un diámetro de 100 mm y una longitud de 1000 mm. 1000 kW se convierten en calor en los alimentadores de electrodos. Esta potencia corresponde al 12,5 % de la potencia necesaria para el proceso. Carga el balance energético del proceso como pérdida de potencia. Además, hay que disipar la energía eléctrica disipada en calor. El hecho de que el desarrollo específico del volumen en las líneas de alimentación de los electrodos sea de 6,2MW/m3 es problemático. En consecuencia, la densidad de flujo térmico en la superficie de la línea de alimentación del electrodo es de 154 kW/m2. Esta densidad de flujo térmico puede, sin un enfriamiento intensivo dirigido en la superficie de la línea de alimentación del electrodo, causar un exceso de temperaturas superior a 1000 K. Con estos ajustes, se consigue una conversión de metano del 94,2 %. La temperatura máxima en el reactor es de 1230 °C. La diferencia de temperatura entre la corriente de producto sólido y la corriente de reactante gaseoso en el extremo inferior del reactor es prácticamente nula y la diferencia de temperatura entre la corriente de producto gaseoso y la corriente de reactante sólido en el extremo superior del reactor es de 315 K. Como el calor excedente se produce a un nivel de temperatura moderado, solo se le puede convertir en energía mecánica con un bajo grado de eficiencia.

Ejemplo según la invención:

La pirólisis de metano se realizará en un reactor de lecho móvil con calentamiento eléctrico directo. El caudal del reactante gaseoso es de 11000 Nm3/h. La corriente contiene un 65 % en volumen de metano, un 15 % en volumen de hidrógeno y nitrógeno en aproximadamente un 20 % en volumen. La corriente de reactivo sólido, introducido en el reactor desde arriba, es de 13,5 t/h. La corriente de partículas consiste en coque con un contenido de carbono > 99,5 %. El diámetro de la sección de reacción es de 3400 mm, la altura de la zona calentada eléctricamente es de 2000 mm. En los extremos superior e inferior de la zona calentada se han dispuesto electrodos de molibdeno en forma de rejilla, a través de los cuales se introduce la corriente eléctrica en la empaquetadura de material sólido del lecho móvil. El electrodo está realizado como una rejilla dividida en forma de radios con bandas laterales. Contiene 12 bandas de electrodos (radios) y ocho placas de electrodos (bandas laterales) por cada banda de electrodos.

El perfil lateral de las bandas de electrodos es rectangular, de 1600 mm de longitud y 300 mm de altura. La sección transversal de las bandas de electrodos es hexagonal, tal como se muestra en la figura 11. Las bandas de electrodos están realizadas como perfiles huecos. La envuelta de las bandas de electrodos está formada por un tejido de malla multicapa (HAVER & BOECKER POROSTAR STANDARD de 6 capas). Las placas de electrodos están colocadas a lo largo de las bandas de electrodos a intervalos uniformes de 200 mm. Las placas de los electrodos son de molibdeno. Las placas de los electrodos son rectas y están fijadas en el centro de las bandas de los electrodos, tal como se muestra en la figura 13b. La longitud de las placas de los electrodos aumenta desde el interior hacia el exterior. En detalle, la longitud de las placas de electrodos es (175 mm, 260 mm, 350 mm, 440 mm, 525 mm, 610 mm, 700 mm, 790 mm). El perfil lateral de las placas de electrodos es rectangular. La altura de las placas de los electrodos es uniforme, de 200 mm. Los electrodos están realizados como perfiles sólidos. La sección transversal de las placas de electrodos es hexagonal, talcomo se muestra en la figura 11, y el grosor de las placas de electrodos es uniforme, de 20 mm.

La corriente eléctrica se introduce a través de las cubiertas del reactor. La cubierta superior tiene forma de cabeza abombada y es de acero 1.4541 con un grosor de pared de 20 mm. Un faldón cilíndrico de molibdeno con una longitud de 1000 mm está atornillado a la cubierta. La cubierta inferior tiene forma cónica y es de acero 1.4541 con un grosor de pared de 20 mm. Un faldón cilíndrico de molibdeno con una longitud de 1000 mm está atornillado a la cubierta. Hay que inyectar una corriente eléctrica de 67500 A en el reactor. Contacto a través de la cubierta y doce bandas de electrodos: La pérdida de calor es de 19,5 kW, lo que corresponde al 0,2 % de la potencia transmitida. Esta potencia hace que las cubiertas se calienten unos 100 K por encima de la temperatura ambiente y pueden disiparse al medio ambiente sin necesidad de medidas especiales.

m3 Las bandas de electrodos también funcionan como canales para la descarga lateral de una corriente parcial de la zona de reacción. Para ello, las bandas de electrodos se introducen a través del faldón y se abren por el extremo exterior. Todas las bandas de electrodos terminan en un canal anular que funciona como canal colector para la descarga lateral. Con ello se elimina el 15 % de la corriente de gas en la parte superior de la zona calentada de la zona de reacción. Con estos ajustes, se consigue una conversión de metano del 96,5 %. La temperatura máxima en el reactor es de 1320 °C. La diferencia de temperatura entre la corriente del producto sólido y la corriente del reactante gaseoso en el extremo inferior del reactor es de 26 K y la diferencia de temperatura entre la corriente del producto gaseoso y la corriente del reactante sólido en el extremo superior del reactor es de 75 K. Así se consigue una excelente integración del calor en el reactor. El exceso de calor se desacopla principalmente con la corriente lateral a un nivel de temperatura de 1270 °C.

Resumen:

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de presión empaquetado y calentable eléctricamente para llevar a cabo reacciones endotérmicas, que tiene unas secciones de dispositivo superior (3), media (1) e inferior (2), estando al menos un par de electrodos (4, 5) dispuestos verticales en la sección media y estando todos los electrodos dispuestos en una empaquetadura de material sólido eléctricamente conductora (26), presentando las secciones superior e inferior del dispositivo una conductividad específica de 105 S/m a 108 S/m, y estando la sección central del dispositivo aislada eléctricamente de la empaquetadura de material sólido, caracterizado porque las secciones superior e inferior del dispositivo están aisladas eléctricamente de la sección central del dispositivo, el electrodo superior está conectado a través de la sección del dispositivo superior y el electrodo inferior a través de la sección del dispositivo inferior, o cada uno de los electrodos está conectado a través de uno o más elementos de conexión (10, 16) puestos en contacto eléctricamente en estas secciones, y la relación entre el área de la sección transversal de los electrodos superior e inferior y el área de la sección transversal de los respectivos elementos de conexión conductores de corriente o, sin usar un elemento de conexión, la relación entre el área de la sección transversal de los electrodos superior e inferior y el área de la sección transversal de la respectiva sección del dispositivo conductor de corriente es de 0,1 a 10.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la relación entre el área de la sección transversal de los electrodos superior e inferior y el área de la sección transversal del respectivo elemento de conexión conductor de corriente o, sin usar un elemento de conexión, la relación entre el área de la sección transversal de los electrodos superior e inferior y el área de la sección transversal de la respectiva sección del dispositivo conductor de corriente es de 0,3 a 3.

3. Dispositivo según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la relación entre el área de la sección transversal del elemento de conexión y el área de la sección transversal de la empaquetadura de material sólido es de 0,001 a 0,2 y/o la relación entre el área de la sección transversal de las secciones del dispositivo superior o inferior que conduce la corriente y el área de la sección transversal de la empaquetadura de material sólido es de 0,001 a 0,2.

4. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los electrodos están configurados como una rejilla de electrodos en forma de radios con 2 a 30 bandas dispuestas en forma de estrella.

5. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las bandas de electrodos están conectadas en su extremo exterior a al menos un elemento de conexión o a través de las secciones superior o inferior del dispositivo y esta unión es el único soporte fijo para el posicionamiento de las bandas de electrodos individuales.

6. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la temperatura del electrodo superior es de al menos 350 °C.

7. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las secciones superior e inferior del dispositivo están configuradas como una cubierta y son extraíbles de la sección central del dispositivo.

8. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las áreas de contacto conductoras de corriente entre el electrodo y el elemento de conexión están comprendidas entre 0,1 cm2 y 10000 cm2.

9. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la distancia vertical entre el borde superior de la empaquetadura de material sólido y el borde inferior de los electrodos en el electrodo superior es de 10 mm a 5000 mm y la distancia vertical entre el borde superior de los electrodos en el electrodo inferior y la entrada de los reactivos gaseosos es de 10 mm a 5000 mm.

10. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el bloqueo transversal de los electrodos está comprendido entre el 1 % y el 20 %.

11. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque las bandas de electrodos tienen cada una de ellas de 1 a 100 placas de electrodos unidas a ellas y dividen la sección transversal del dispositivo en celdas de rejilla, siendo el diámetro equivalente de las celdas de rejilla de entre 10 mm y 2000 mm.

12. Dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque las secciones superior y/o inferior del dispositivo están realizadas como dos carcasas y la carcasa interior es el elemento de conexión conductor de corriente y la carcasa exterior está aislada eléctricamente de la carcasa interior.

13. Procedimiento para llevar a cabo procesos endotérmicos en fase gaseosa o de gas-sólido en un dispositivo según al menos una de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque la empaquetadura de material sólido eléctricamente conductor está realizada como un lecho móvil a contracorriente.

15. Procedimiento según las reivindicaciones 13 o 14, caracterizado porque en el borde superior de la empaquetadura de material sólido la diferencia entre la temperatura de salida de la corriente de producto gaseoso y la corriente de alimentación de partículas sólidas es de 0 K a 500 K y en el borde inferior de la empaquetadura de material sólido la diferencia entre la temperatura de salida de la corriente de producto sólido y la corriente de alimentación gaseosa es de 0 K a 500 K.