ES2937688T3 - Método para calentar un fluido en una tubería con corriente alterna - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un método para calentar un fluido (F) con un dispositivo (1), con al menos una tubería conductora de electricidad (100) para recibir el fluido (F), y al menos una fuente de voltaje (2), en donde el al menos una fuente de voltaje (2) está diseñada para generar una corriente eléctrica en la al menos una tubería (100) que calienta la al menos una tubería (100) para calentar el fluido (F). La al menos una fuente de tensión (2) tiene M conductores externos (L1,...,LM), donde M es un número natural mayor o igual a dos, y la al menos una fuente de tensión (2) está diseñada para proporcionar un voltaje de CA a los conductores de fase (L1,...,LM), donde esos voltajes alternos están desfasados entre sí por 2π/M, y donde los conductores exteriores (L1,..., LM) se conectan eléctricamente de manera conductiva con al menos una tubería (100) de tal manera que se forma una conexión en estrella. El fluido fluye a través de la al menos una o más tuberías del dispositivo y es calentado en ellas por la al menos una tubería o las varias tuberías siendo calentadas por una corriente alterna multifásica que fluye en la al menos una tubería o en las varias tuberías, por lo que que en el Joule se genera calor en al menos una tubería o en la pluralidad de tuberías, calor que se transfiere al fluido para que se caliente a medida que fluye a través de la al menos una tubería o la pluralidad de tuberías. y en el que los conductores exteriores (L1,..., LM) están eléctricamente conectados a la al menos una tubería (100) de manera que se forma una conexión en estrella. El fluido fluye a través de la al menos una o más tuberías del dispositivo y es calentado en ellas por la al menos una tubería o las varias tuberías siendo calentadas por una corriente alterna multifásica que fluye en la al menos una tubería o en las varias tuberías, por lo que que en el Joule se genera calor en al menos una tubería o en la pluralidad de tuberías, calor que se transfiere al fluido para que se caliente a medida que fluye a través de la al menos una tubería o la pluralidad de tuberías. y en el que los conductores exteriores (L1,..., LM) están eléctricamente conectados a la al menos una tubería (100) de manera que se forma una conexión en estrella. El fluido fluye a través de la al menos una o más tuberías del dispositivo y es calentado en ellas por la al menos una tubería o las varias tuberías siendo calentadas por una corriente alterna multifásica que fluye en la al menos una tubería o en las varias tuberías, por lo que que en el Joule se genera calor en al menos una tubería o en la pluralidad de tuberías, calor que se transfiere al fluido para que se caliente a medida que fluye a través de la al menos una tubería o la pluralidad de tuberías. que se forma una conexión en estrella. el fluido fluye a través de al menos una o más tuberías del dispositivo y es calentado en ellas por al menos una tubería o varias tuberías siendo calentadas por una corriente alterna multifásica que fluye en al menos una tubería o en varias tuberías, de modo que en el Joule se genera calor en al menos una tubería o en la pluralidad de tuberías, calor que se transfiere al fluido para que se caliente a medida que fluye a través de la al menos una tubería o la pluralidad de tuberías. que se forma una conexión en estrella. El fluido fluye a través de la al menos una o más tuberías del dispositivo y es calentado en ellas por la al menos una tubería o las varias tuberías siendo calentadas por una corriente alterna multifásica que fluye en la al menos una tubería o en las varias tuberías, por lo que que en el Joule se genera calor en al menos una tubería o en la pluralidad de tuberías, calor que se transfiere al fluido para que se caliente a medida que fluye a través de la al menos una tubería o la pluralidad de tuberías. cuyo calor se transfiere al fluido para que se caliente a medida que fluye a través de al menos una tubería o la pluralidad de tuberías. que se forma una conexión en estrella. El fluido fluye a través de la al menos una o más tuberías del dispositivo y es calentado en ellas por la al menos una tubería o las varias tuberías siendo calentadas por una corriente alterna multifásica que fluye en la al menos una tubería o en las varias tuberías, por lo que que en el Joule se genera calor en al menos una tubería o en la pluralidad de tuberías, calor que se transfiere al fluido para que se caliente a medida que fluye a través de la al menos una tubería o la pluralidad de tuberías. cuyo calor se transfiere al fluido para que se caliente a medida que fluye a través de al menos una tubería o la pluralidad de tuberías. que se forma una conexión en estrella. El fluido fluye a través de la al menos una o más tuberías del dispositivo y es calentado en ellas por la al menos una tubería o las varias tuberías siendo calentadas por una corriente alterna multifásica que fluye en la al menos una tubería o en las varias tuberías, por lo que que en el Joule se genera calor en al menos una tubería o en la pluralidad de tuberías, calor que se transfiere al fluido para que se caliente a medida que fluye a través de la al menos una tubería o la pluralidad de tuberías. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Método para calentar un fluido en una tubería con corriente alterna
La invención se refiere a un método para calentar un fluido en un dispositivo que tiene al menos una tubería que se calienta eléctricamente.
Dicho dispositivo puede tener al menos una tubería eléctricamente conductora para recibir el fluido, así como al menos una fuente de energía eléctrica conectada a la tubería, p. ej., una fuente de voltaje o fuente de corriente, que está diseñada para generar una corriente en la al menos una tubería para calentar la misma, con el fin de calentar el fluido, generando calor Joule en la tubería debido a la resistencia eléctrica de la al menos una tubería. Un dispositivo de este tipo se conoce, por ejemplo, a partir del documento DE2362628C3. El calor Joule generado es generalmente proporcional a la energía eléctrica convertida y al tiempo durante el cual fluye la corriente.
El documento DE 710 187 C (SIEMENS AG), 6 de septiembre de 1941 (6-9-1941), describe un generador de vapor de alta presión calentado eléctricamente, o un sobrecalentador de vapor.
Partiendo de esto, el objeto de la presente invención es proporcionar un método mejorado para calentar un fluido. Este objeto se logra mediante un método que tiene las características de la reivindicación 1.
Las realizaciones ventajosas del método se especifican, entre otros, en las correspondientes reivindicaciones dependientes.
Según la reivindicación 1, se proporciona lo siguiente:
Un método para calentar un fluido usando un dispositivo de calentamiento de fluido, que tiene:
- al menos una tubería eléctricamente conductora para recibir el fluido, y
- al menos una fuente de voltaje conectada a la al menos una tubería, en donde la al menos una fuente de voltaje está diseñada para generar, en la al menos una tubería, una corriente eléctrica que calienta la al menos una tubería, con el fin de calentar el fluido,
- en donde la al menos una fuente de voltaje tiene al menos M conductores externos, en donde M es un número natural mayor o igual que dos, y en donde la al menos una fuente de voltaje está diseñada para proporcionar un voltaje de CA en los conductores externos, en donde estos voltajes alternos están desfasados entre sí por 2n/M, y en donde los conductores externos conectan de manera eléctricamente conductora con la al menos una tubería, de manera que se forma un circuito en estrella en el que cada conductor externo conecta de manera eléctricamente conductora al punto neutro del circuito en estrella, a través de al menos una porción de la al menos una tubería,
- en donde el fluido fluye a través de la al menos una o más tuberías del dispositivo, y se calienta al calentarse la al menos una tubería, o la pluralidad de tuberías, mediante una corriente alterna multifase, que fluye por la al menos una tubería. o por la pluralidad de tuberías, de modo que en la al menos una tubería, o en la pluralidad de tuberías, se genere calor Joule que se transmite al fluido, de modo que este se calienta a medida que fluye a través de la al menos una tubería, o la pluralidad de tuberías, en donde
-- para dividir los hidrocarburos se calienta como fluido una mezcla precalentada de hidrocarburos-vapor, o -- la al menos una tubería está diseñada como tubo de reacción de un reformador.
Se puede proporcionar una pluralidad de tuberías y, en particular, una pluralidad de fuentes de voltaje, en donde, preferiblemente, se asigna una fuente de voltaje a cada tubería.
Es posible formar una pluralidad de circuitos de estrella que tengan puntos de estrella separados. Por ejemplo, se puede formar un circuito en estrella separado para cada tubería.
Según una realización preferida de la invención, se prevé que la una o más fuentes de voltaje tengan un conductor neutro, en donde la al menos una fuente de voltaje, o la respectiva fuente de voltaje, está diseñada para proporcionar un voltaje de CA entre los conductores externos y el conductor neutro, en donde estos voltajes alternos están desfasados entre sí por 2n/M. Preferiblemente, el conductor neutro, o el respectivo conductor neutro, conecta eléctricamente con el punto neutro.
En el presente caso, un circuito en estrella es una interconexión de cualquier número de conexiones (M conexiones, en donde cualquier conductor neutro que pueda estar presente, también puede conectarse al punto neutro) a un punto común, que se denomina punto neutro, en cada caso a través de un resistor.
Cuando hay una carga uniforme en los M (por ejemplo, M = 3) conductores externos, el punto neutro, ventajosamente, no conduce corriente alguna (en el caso de una carga desigual, solo la diferencia de las corrientes o, en el caso de una conexión de alta impedancia del conductor neutro al punto neutro de la al menos una tubería, un voltaje diferencial).
Preferiblemente, por lo tanto, la al menos una tubería, o la pluralidad de tuberías, está configurada de manera que las corrientes se cancelen en el punto neutro. En otras palabras, las conexiones eléctricamente conductoras creadas (comprendiendo cada una una porción de la al menos una tubería) entre el respectivo conductor externo de la al menos una fuente de voltaje y el punto neutro tienen, preferiblemente, la misma resistencia óhmica, de modo que las corrientes individuales se cancelan en el punto neutro.
Con respecto a la conexión a tierra operativa, habitualmente se pone a tierra el punto neutro de la fuente de voltaje, o la N conexión, si está presente un conductor neutro (por ejemplo, una red TN). La conexión a tierra puede ser, por ejemplo, sólida, de baja impedancia, o incluso inductiva. En el caso de una red a tres hilos, o una red IT en la que no exista conductor neutro, se omite esta puesta a tierra operativa.
En un caso en el que estén presentes los dos tipos de red anteriormente mencionados, preferiblemente se pone a tierra el punto neutro de dicho circuito en estrella, o de la al menos una tubería, en particular, se pone a tierra de manera sólida. En el caso de una fuente de alimentación con conductor neutro (por ejemplo, red TN), en la que el punto neutro de la fuente de voltaje (N conexión) conecta a tierra, también puede omitirse la puesta a tierra del punto neutro de la conexión en estrella anteriormente mencionada, o de la al menos una tubería según una realización de la invención.
La al menos una tubería, o la pluralidad de tuberías, puede ser tuberías continuas. Sin embargo, la tubería también puede tener una pluralidad de secciones que no estén en conexión fluídica entre sí, y a través de las cuales puede fluir opcionalmente un fluido a calentar, separadas entre sí.
Según una realización preferida, M = 3, es decir, se usa una corriente alterna trifásica, que, a menudo, también se denomina corriente rotativa. Esta es una corriente alterna multifase que suele consistir en tres corrientes o voltajes alternos individuales de la misma frecuencia:
Un = U0cos(wt),
Ul2 = U0cos(wt - 120 o),
Ul3 = Uücos(wt - 240 o),
que están desplazados fijamente entre sí en sus ángulos de fase a 120 o, es decir, 2n / 3.
Los voltajes alternos alcanzan su máxima deflexión uno después de otro, cada uno desplazado temporalmente por un período de un tercio. El desplazamiento temporal de estos llamados voltajes de conductor externo entre sí, está descrito por un ángulo de desplazamiento de fase. Los tres conductores están designados como conductores externos y, generalmente, se abrevian L1, L2 y L3. El conductor neutro se designa con la referencia N.
Según una realización preferida adicional, se prevé que la al menos una tubería, o que cada una de las tuberías, tengan M ramales (es decir, por ejemplo, en el caso de M = 3, un primer, un segundo y un tercer ramales), teniendo cada ramal una primera y una segunda sección de extremo, así como una sección media que conecta entre sí las dos secciones de extremo de manera fluídica y eléctricamente conductora.
Preferiblemente, las dos secciones de extremo del respectivo ramal conectan con el punto neutro, es decir, se proporciona un contacto eléctrico con el punto neutro en la respectiva sección de extremo o en dos secciones de extremo interconectadas de dos ramales adyacentes.
Además, preferiblemente, se prevé que las secciones medias de los ramales conecten de manera eléctricamente conductora con un conductor externo L1 a LM (por ejemplo, en el caso de M = 3, L1, L2 o L3), asociado de la al menos una fuente de voltaje, es decir, que se proporciona un contacto eléctrico con el conductor externo asociado en la respectiva sección media, en donde, en particular, en el caso de una corriente trifásica (M = 3), la sección media del primer ramal conecta con el conductor externo L1, la sección media del segundo ramal conecta con el conductor externo L2, y la sección media del tercer ramal conecta con el conductor externo L3. Cada conductor externo se asigna de manera exclusiva a una sección media específica de un ramal.
La al menos una tubería está configurada, además, preferiblemente de manera que para M ramales la segunda sección de extremo del primer ramal conecte de forma fluídica y eléctricamente conductora con la primera sección de extremo del segundo ramal, y de manera que (cuando M > 2) la segunda sección de extremo del segundo ramal conecte de forma fluídica y eléctricamente conductora con la primera sección de extremo del tercer ramal. Esto continúa hasta llegar al último (Mésimo) ramal. Los M ramales de la al menos una tubería conectan en particular entre sí, de manera que un fluido que fluya por ellos pueda hacerlo en sucesión, a través de los mismos. Además, la primera sección de extremo del primer ramal forma preferiblemente una entrada para alimentar el fluido a la al menos una tubería, en donde la segunda sección de extremo del Mésimo ramal forma preferiblemente una salida para descargar el fluido desde la al menos una tubería. La mencionada salida puede estar en comunicación fluídica con la entrada de una tubería adicional. Además, dicha entrada de la al menos una tubería puede estar en comunicación fluídica con una salida de una tubería adicional (véase más abajo).
Para el caso cuando M = 3, la al menos una tubería está configurada preferiblemente en este sentido, de manera que la segunda sección de extremo del primer ramal conecta con la primera sección de extremo del segundo ramal de forma fluídica y eléctricamente conductora, y de manera que la segunda sección de extremo del segundo ramal conecta con la primera sección de extremo del tercer ramal de forma fluídica y eléctricamente conductora; es decir, los tres ramales de la al menos una tubería conectan entre sí en particular, de manera que un fluido que fluya por ellos pueda hacerlo en sucesión a través de los mismos. Además, la primera sección de extremo del primer ramal forma preferiblemente una entrada para alimentar el fluido a la al menos una tubería, en donde la segunda sección de extremo del tercer ramal forma preferiblemente una salida para descargar el fluido desde la al menos una tubería. La mencionada salida puede estar en comunicación fluídica con la entrada de una tubería adicional. Además, dicha entrada de la al menos una tubería puede estar en comunicación fluídica con una salida de una tubería adicional (véase más abajo).
Preferiblemente, las secciones de extremo de dos ramales adyacentes que están en conexión fluídica y eléctrica, conectan eléctricamente con el punto neutro, o el conductor neutro, a través de un contacto común, en donde el contacto puede proporcionarse, p. ej., en una transición de las dos secciones de extremo conectadas entre sí.
Por supuesto, los mencionados ramales también se pueden formar por separado entre sí y, por consiguiente, no estar en comunicación fluídica entre sí. En este caso, se puede conducir una pluralidad de corrientes de fluido a través de los ramales, y calentarse las mismas de manera independiente entre sí. Las secciones de extremo de los ramales forman, entonces, entradas o salidas, a través de las cuales puede suministrarse fluido a los ramales individuales, por separado.
Si conectan entre sí, dichos ramales se forman de manera preferiblemente integral en ramales adyacentes a través de sus secciones de extremo. También son concebibles otras conexiones fluídica y eléctricamente conductoras. Además, en cada caso, la sección media proporcionada entre dos secciones de extremo de un ramal se forma de manera preferiblemente integral en las secciones de extremo proporcionadas en ambos extremos. A este respecto, también son concebibles otras conexiones fluídica o eléctricamente conductoras. En principio, los ramales pueden adoptar cualquier forma o perfil concebible.
Preferiblemente, las dimensiones, geometrías o formas de los ramales, son sustancialmente idénticas, de modo que representan cargas óhmicas sustancialmente idénticas. En el caso de ramales formados de manera diferente, se pueden proporcionar adicionalmente resistencias óhmicas o capacitivas compensadoras, si es necesario.
Según una realización particularmente preferida de la invención, cada uno de los ramales se forma como un bucle, en donde la sección media del respectivo ramal forma un extremo del respectivo bucle, cuyo extremo es opuesto a las dos secciones de extremo, preferiblemente situadas adyacentes entre sí, del respectivo bucle, en donde, en particular, en la región del respectivo extremo, el conductor externo respectivamente asociado conecta eléctricamente con el respectivo ramal.
El extremo del respectivo bucle o ramal está formado preferiblemente por una curva inversa de la respectiva sección media, en la que el fluido que fluye por el respectivo ramal, o el respectivo bucle, desde la primera sección de extremo, cambia su dirección y fluye de vuelta a la segunda sección de extremo (o viceversa).
Preferiblemente, cada uno de los ramales o bucles de la al menos una tubería se extienden a lo largo de un eje longitudinal, teniendo los ramales o bucles la misma longitud, en particular, a lo largo del eje longitudinal (véase también más arriba).
Además, preferiblemente las secciones de extremo de los ramales de la al menos una tubería, o las tuberías, que hacen el respectivo contacto eléctrico con el punto neutro, o conductor neutro, están situadas en un área central, desde la que los ramales se extienden hacia fuera, a lo largo de una dirección radial, en particular, hasta el respectivo extremo o curva inversa, donde se proporciona preferiblemente el respectivo contacto eléctrico con el conductor externo L1 a LM (o L1, L2 o L3, cuando M = 3) asociado.
En el caso de una disposición en forma de estrella de tres ramales de tubería entre sí, los ejes longitudinales de cada dos ramales adyacentes pueden conformar, p. ej., un ángulo de 120°.
Según una realización preferida, se proporciona una pluralidad de las tuberías descritas anteriormente y, en particular, una pluralidad de fuentes de voltaje, en donde se asigna cada tubería a una respectiva fuente de voltaje. A continuación, se conectan los conductores externos de una fuente de voltaje a la tubería asociada, de manera que, a su vez, se forme un circuito en estrella en el cual cada conductor externo conecta eléctricamente con el punto neutro del circuito en estrella, a través de al menos una porción de la respectiva tubería, en donde un conductor neutro que pueda estar presente en la respectiva fuente de voltaje puede conectarse de manera eléctricamente conductora con el punto neutro de la tubería asociada (véase arriba).
A su vez, las fuentes de voltaje están diseñadas preferiblemente como fuentes de voltaje alterno trifásico (es decir, M = 3), de modo que la corriente generada en la respectiva tubería, para el calentamiento Joule continuo de la misma, es una corriente alterna trifásica.
Por lo tanto, cada una de las tuberías tiene, a su vez, M ramales, o un primer, un segundo y un tercer ramales (cuando M = 3), teniendo cada ramal de la respectiva tubería, una primera y una segunda secciones de extremo, y una sección media que conecta las dos secciones de extremo entre sí. Las dos secciones de extremo del respectivo ramal de la respectiva sección de tubería conectan preferiblemente, como se ha descrito anteriormente, de manera eléctricamente conductora, con el punto neutro de la respectiva tubería, o el conductor neutro N de la fuente de voltaje asociada, mientras que cada una de las secciones medias de la respectiva sección de tubería conectan preferiblemente, como se ha descrito anteriormente, con un conductor externo asociado (L1 a LM o, cuando M = 3, L1, L2 o L3) de la fuente de voltaje asociada.
Los ramales individuales de la pluralidad de tuberías se conectan preferiblemente entre sí (o se forman por separado entre sí), como se ha mostrado anteriormente y, además, se forman preferiblemente como bucles, formando de nuevo la sección media del respectivo ramal, preferiblemente un extremo o una curva inversa del respectivo bucle (véase más arriba), en donde el contacto eléctrico con el conductor externo respectivamente asignado (L1 a LM, o, cuando M = 3, L1, L2 o L3) se proporciona preferiblemente en la región del respectivo extremo, o en la respectiva curvatura inversa (véase también arriba).
Preferiblemente, las secciones de extremo de los ramales de la respectiva tubería se configuran con el respectivo contacto eléctrico, posiblemente común, con el punto neutro, o el conductor neutro N, en una región central, desde la cual los ramales de las tuberías se extienden hacia afuera a lo largo de una dirección radial, en donde dichos extremos o curvas inversas se encuentran radialmente más alejados hacia fuera (por ejemplo, en un círculo imaginario alrededor de la región central).
En el caso de una pluralidad de tuberías, una pluralidad de las mismas, o todas ellas, pueden estar en comunicación fluídica mutua en serie, de modo que el fluido pueda fluir a través de las mismas, en sucesión.
Además, también es posible conectar en paralelo algunas de las tuberías o todas ellas, es decir, configurarlas de manera que el fluido se divida en una pluralidad de corrientes parciales que luego fluirán a través de tuberías individuales asignadas en paralelo.
Por supuesto, también es posible cualquier configuración de tuberías conectadas en serie o en paralelo.
En el método según la invención, el fluido fluye a través de una o más tuberías del dispositivo, y se calienta al calentarse la al menos una tubería, o la pluralidad de tuberías, mediante una corriente alterna multifásica o una corriente alterna trifásica, que fluye por la al menos una tubería o por la pluralidad de tuberías, de modo que en la al menos una tubería, o en la pluralidad de tuberías, se genere calor Joule que se transmite al fluido, de modo que este se calienta a medida que fluye a través de la al menos una tubería o la pluralidad de tuberías.
Según una variante del método según la invención, para disociar los hidrocarburos se prevé calentar como fluido una mezcla precalentada de hidrocarburos-vapor. Por lo tanto, el dispositivo se usa para introducir calor en la parte de reactor de un horno de pirólisis, para pirolizar la mezcla precalentada de hidrocarburos-vapor. Esta es una reacción altamente endotérmica en la que el producto gaseoso sale por la parte de reactor, típicamente a temperaturas de 800 0C a 880 0C.
Según una variante adicional, la al menos una tubería, o la pluralidad de tuberías, se diseñan como uno o más tubos de reacción de un reformador.
Según una realización del método según la invención, se calienta como un fluido un hidrocarburo a pirolizar térmicamente, en particular, una mezcla de hidrocarburos.
Según una realización adicional del método según la invención, alternativamente, o adicionalmente, se calienta como un fluido agua o vapor, en donde el vapor se calienta, en particular, a una temperatura de entrada del reactor en el intervalo de 550 0C a 700 0C y, en particular, se añade a los hidrocarburos a pirolizar.
En particular, la mezcla a pirolizar, que también se denomina gas de alimentación de reformador, y que comprende vapor y uno o varios hidrocarburos (por ejemplo, CH4 a nafta), así como, posiblemente, hidrógeno y otros componentes, tales como, p. ej., N2, Ar, He, CO, CO2 y/o MeOH, se sobrecalientan mediante el método según la invención, o se llevan a una temperatura de entrada de reformador que está preferiblemente en el intervalo de temperatura de 250 0C a 730 0C, preferiblemente de 320 0C a 650 0C, en particular, a una presión del gas de alimentación en el intervalo de 10 a 50 bar, preferiblemente de 15 a 40 bar.
Además, mediante el método según la invención, puede precalentarse como un fluido el aire de combustión del horno de reformación, en particular, a una temperatura en el intervalo de 200 0C a 800 0C, preferiblemente de 400 0C a 700 0C.
Según una variante de la invención, el método según la invención se usa para calentar al menos uno o más tubos de reacción del horno de reformación, o el fluido que fluye por los mismos (es decir, la al menos una tubería del dispositivo puede diseñarse como un tubo de reacción de un reformador). En este caso, la entrada de calor se logra mediante el método según la invención, mediante calentamiento directo en los tubos de reacción llenos de catalizador del horno de reformación. En este caso, el producto gaseoso, cuyos componentes principales consisten en H2, CO, CO2, CH4, H2O e inertes, puede calentarse adicionalmente en paralelo mediante quemadores situados en la zona de radiación del horno de reformación, durante el calentamiento directo. La reacción es endotérmica. El gas reformado, normalmente, sale de la zona de radiación del horno de reformación en un intervalo de temperatura de 780 0C a 1050 0C, preferiblemente de 820 0C a 950 0C. El intervalo de presión del gas se encuentra preferiblemente en el intervalo de 10 bar a 50 bar, preferiblemente de 15 a 40 bar.
En particular, el método según la invención puede usarse, además, para calentar como fluido el gas de alimentación seco a pirolizar (es decir, en particular antes de la mezcla con vapor), que comprende al menos uno o varios hidrocarburos (p. ej., CH4 a nafta) y, posiblemente, hidrógeno y otros componentes, tales como N2, Ar, He, CO, CO2 y/o MeOH, para la prelimpieza catalítica, en particular, a una temperatura en el intervalo de 100 0C a 500 0C, preferiblemente de 200 0C a 400 0C, y a una presión del gas en el intervalo preferiblemente de 10 bar a 50 bar, preferiblemente de 15 a 45 bar.
Además, el método según la invención, puede usarse generalmente para calentar agua como un fluido, con el fin de generar vapor de proceso, en cualquier proceso concebible.
En la descripción de realizaciones ilustrativas se explicarán otras características y ventajas de la presente invención, con referencia a las figuras. Las figuras muestran:
Figura 1, una representación esquemática de una tubería de un dispositivo para calentar un fluido;
Figura 2, una modificación adicional de la realización mostrada en la Figura 1;
Figura 3, una representación esquemática adicional de una tubería de un dispositivo para calentar un fluido;
Figura 4, una representación de una disposición de una pluralidad de tuberías de un dispositivo para calentar un fluido;
Figura 5, una representación esquemática de la interconexión de los conductores externos y del conductor neutro en una red TN; y
Figura 6, una representación esquemática de la interconexión de los conductores externos en una red IT.
A continuación, se muestran, en primer lugar, realizaciones de la invención que se basan en una tubería 100. Por supuesto, las medidas ilustradas de una tubería pueden aplicarse a varias tuberías 100.
Según la Figura 1, se puede crear un punto neutro S, para el calentamiento directo trifásico de una tubería 100 de un aparato 1 para calentar un fluido F. En este caso, las tres fases L1, L2 y L3 de un sistema trifásico, o de una fuente 2 de voltaje trifásico (véase la Figura 5), conectan con los ramales 101, 102, 103 de la tubería 100, y preferiblemente el conductor N (conductor neutro), si está presente, conecta con el punto neutro S. En el caso de una puesta a tierra sólida, o de baja resistencia de la conexión N, o del punto neutro S' de la fuente 2 de voltaje con la tierra (PE), que es estándar en las fuentes de alimentación, y una conexión del conductor neutro N con el punto neutro S de la tubería 100, se puede omitir la puesta a tierra del punto neutro S en la tubería 100.
Según las Figuras 5 y 6, la invención puede aplicarse en el contexto de una red con (preferiblemente tres) conductores externos y un conductor neutro (por ejemplo, una red TN), así como en una red sin conductor neutro (por ejemplo, una red IT).
La Figura 5 muestra los tres conductores externos L1, L2, L3, así como el conductor neutro N de la fuente 2 de voltaje, p. ej., en una red TN. En este caso, el punto neutro S’ de la fuente 2 de voltaje, con el que conecta eléctricamente el conductor neutro N, está puesto a tierra a través de un resistor Rn, donde, en particular, es posible que Rn = 0 (puesta a tierra sólida) o, por ejemplo, una baja resistencia. Zi, Z2, Z3 representan las cargas o impedancias formadas por la al menos una tubería 100, o por sus ramales 101, 102, 103. Estos conectan entre sí en el punto neutro S de la carga, o tubería 100, en donde el conductor neutro N conecta eléctricamente con el punto neutro S. En el caso de una puesta a tierra operativa sólida del punto neutro S’ de la fuente 2 de voltaje (Rn = 0), podría omitirse la conexión a tierra del punto neutro S, aunque preferiblemente estará presente.
La Figura 6 muestra una red de tres cables (por ejemplo, una red IT), en la que no hay conductor neutro N. En este caso, el punto neutro S, que se forma interconectando las impedancias Zj., Z2, Z3, preferiblemente está sólidamente conectado a tierra.
A continuación, se asumen tres conductores externos L1, L2, L3, así como un conductor neutro N, sin limitación de la generalidad. Sin embargo, puede omitirse (véase más arriba) el conductor neutro N, o puede variarse el número de conductores externos (véase más arriba).
Específicamente, un primer ramal 101 de la tubería 100 se extiende a lo largo de un eje longitudinal A desde una primera sección 101a de extremo o entrada 3, a través de la cual se alimenta el fluido F a la tubería 100, a una curva inversa de una sección media 101 b del primer ramal 101, desde la cual la sección media 101 b del primer ramal 10 se extiende de vuelta hasta una segunda sección 101c de extremo adyacente a la primera sección 101a de extremo, en una región central B. La segunda sección 101c de extremo del primer ramal 101 se fusiona en una primera sección 102a de extremo del segundo ramal 102, que se extiende de manera análoga a través de una curva inversa de su sección media 102b, hasta una segunda sección 102c de extremo del segundo ramal 102, que, a su vez, se fusiona en una primera sección 103a de extremo del tercer ramal 103, que se extiende de manera análoga a través de una curva inversa de su sección media 103b, hasta una segunda sección 103c de extremo en la que está situada una salida 4 para descargar el fluido F (calentado) desde la tubería 100. Según la Figura 1, los tres ejes longitudinales A de los ramales 101, 102, 103 en forma de bucle, están configurados preferiblemente en forma de estrella, es decir, que cada dos ramales 101, 102; 102, 103; 103, 101 adyacentes forman un ángulo de 120°.
En el presente caso, en cada curva inversa de una sección media 101b, 102b, 103b de un bucle 101, 102, 103, se proporciona un contacto K a un conductor externo L1, L2 o L3, respectivamente, de una fuente 2 de corriente trifásica, estando conectadas las secciones 101a, 101c, 102a, 102c, 103a, 103c de extremo, con el punto neutro S a través de los contactos Q. En este caso, las secciones 101c, 102a; 102c, 103a de extremo, interconectadas de los ramales 101, 102, 103, conectan preferiblemente con el punto neutro S, o el conductor neutro N, a través de un contacto Q común, en la transición de las respectivas secciones de extremo.
Por supuesto, la disposición según la Figura 1, también puede aplicarse a las fases M, en general, donde M es un número natural mayor o igual que dos. Se proporcionan, entonces, correspondientemente M ramales, que se conectan como se ha descrito anteriormente.
Además, según la Figura 2, en una disposición según la Figura 1, los ramales 101, 102, 103 pueden formarse por separado entre sí, de modo que las corrientes de fluido F, F', F" individuales puedan fluir a través de los mismos, de manera independiente entre sí. Las primeras secciones 101a, 102a, 103a de extremo pueden diseñarse, en este caso, como entradas para las corrientes de fluido F, F', F", y las segundas secciones 101c, 102c, 103c de extremo pueden diseñarse como salidas para las corrientes de fluido. En este caso, las secciones 101a, 102a, 103a y 101c, 102c, 103c de extremo se conectan nuevamente al punto neutro S.
La Figura 3 muestra una variación del curso de los ramales 101, 102, 103, en la que se extienden unos al lado de otros, a diferencia de en la Figura 1.
Esta configuración permite, en principio, disponer una pluralidad de tuberías 100, unas al lado de otras, como en la Figura 3, tal como se muestra en la Figura 4, en donde, en este caso, los ramales individuales 101, 102, 103 se extienden hacia fuera en la dirección radial R, comenzando desde una región central B, en la que las secciones de extremo individuales están situadas y conectan con el punto neutro S. Las curvas inversas de los ramales 101, 102, 103 individuales, en forma de bucle, están ahora más hacia afuera en un círculo imaginario, en la dirección radial R, y conectan, respectivamente, con una fase L1, L2 o L3, de una fuente 2 de corriente trifásica.
Cada tubería 100 está asociada con una fuente 2 de corriente trifásica, que está dispuesta preferiblemente por encima de los ramales, y está situada radialmente más hacia adentro que las curvas inversas. De esta manera, pueden minimizarse las líneas de suministro a S (o N) y L1, L2, L3. Cada una de las tuberías 100 tiene tres ramales 101, 102, 103 en forma de bucle, y cada una de sus curvas inversas conecta con una de las fases L1, L2 y L3 de conductor externo de la fuente 2 de voltaje asociada.
Para mayor claridad, en la Figura 4 solo se designa una tubería 100. Las secciones de tubería 100 según la Figura 4, pueden disponerse en serie, como se muestra, de modo que el fluido F pueda fluir a través de ellas, en sucesión. Sin embargo, también es posible proporcionar un distribuidor en la región central B, que distribuya el fluido F a las tuberías individuales 100 que tienen los tres ramales 101, 102, 103, respectivamente, de modo que el fluido F fluya a través de los mismos, en paralelo. Después de esto, el fluido F (calentado) puede recombinarse y suministrarse para su uso adicional.
En los ejemplos descritos anteriormente, la corriente trifásica en los ramales 101, 102, 103 genera calor Joule en cada caso, debido a la resistencia eléctrica de los ramales 101, 102, 103, cuyo calor se transmite al fluido F que fluye por los ramales 101, 102, 103, calentando dicho fluido.
Por supuesto, la disposición según las Figuras 3 y 4, también puede generalizarse a M fases (siendo M mayor o igual a dos).
Sin embargo, una disposición de calentamiento trifásico directo (que se muestra en las Figuras 1 a 4), o una disposición en forma de estrella de los ramales individuales 101, 102, 103 (que se muestra en las mismas), no resultan necesarias en absoluto. En general, es concebible cualquier disposición geométrica de tuberías 100 o ramales 101, 102, 103. El método según la invención, o el dispositivo 1, es aplicable, en principio, a todas las presiones, temperaturas, dimensiones, etc.
En la realización técnica, se prefieren los aceros inoxidables a los aceros de carbono, para las tuberías 100, debido a su mayor resistencia específica. Además, la línea de suministro de la corriente alterna multifásica o trifásica, se diseña preferiblemente con una resistencia significativamente menor que la tubería que conduce el fluido F, con el fin de minimizar la generación de calor de la línea de suministro, que generalmente no resulta deseable.
La solución según la invención, puede usarse ventajosamente, en particular, para el calentamiento de medios cuando se produce una reducción del aislamiento (por ejemplo, en hornos de pirólisis). En el presente caso, existe un riesgo comparativamente bajo de un flujo de corriente no deseado, de modo que en algunos casos puede incluso prescindirse de un dispositivo de conmutación, mencionado al principio.
Además, es posible controlar el calentamiento en cada uno de los tres ramales 101, 102, 103, ajustando, consecuentemente, el flujo de corriente de las respectivas fases L1, L2, L3 (esto también se aplica a las M fases cuando M sea mayor o igual que dos).
En principio, el calentamiento de un fluido según la invención, puede aplicarse a todos los medios presentes en tuberías eléctricamente conductoras. En el caso de líquidos muy conductores (en comparación con la conductividad eléctrica de la tubería), puede ser necesario incluir este hecho en el cálculo del flujo de corriente. El curso geométrico de las tuberías o secciones de tubería, es ventajosamente flexible, y puede adaptarse a los requisitos particulares. Además, el material de las tuberías puede adaptarse a los requisitos del proceso. Las corrientes, los voltajes y la frecuencia pueden seleccionarse para que coincidan con la geometría, y no están sometidos a limitación fundamental alguna. La temperatura máxima alcanzable está limitada por el material utilizado para las tuberías.
Lista de números de referencia
1 Dispositivo
2 Fuente de energía trifásica
3 Entrada
4 Salida
100 Tubería
101, 102, 103 Tramo
101a, 102a, 103a Primera sección de extremo
101b, 102b, 103b Sección central
101c, 102c, 103c Segunda sección de extremo
L1, L2, L3 Conductor externo
B Región central
N Conductor neutro
K, Q Contactos eléctricos
F, F', F" Fluido
A Eje longitudinal
R Dirección radial
S Punto neutro
S' Fuente de voltaje de punto neutro

Claims (17)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un método para calentar un fluido (F) usando un dispositivo de calentamiento de fluido, que tiene:
    - al menos una tubería (100) eléctricamente conductora para recibir el fluido (F), y
    - al menos una fuente (2) de voltaje conectada a la al menos una tubería (100), en donde la al menos una fuente (2) de voltaje está diseñada para generar, en la al menos una tubería (100), una corriente eléctrica que calienta la al menos una tubería (100) para calentar el fluido (F),
    - en donde la al menos una fuente (2) de voltaje tiene al menos M conductores externos (L1, ..., LM), en donde M es un número natural mayor o igual a dos, y en donde la al menos una fuente (2) de voltaje está diseñada para proporcionar un voltaje alterno en los conductores externos (L1, ..., LM), en donde tales voltajes alternos están desfasados entre sí por 2n / M, y en donde los conductores externos (L1, ..., LM) conectan de manera eléctricamente conductora con la al menos una tubería (100), de manera que se forma un circuito en estrella en el que cada conductor externo (L1, ..., LM) conecta de manera eléctricamente conductora al punto neutro (S) del circuito en estrella, a través de al menos una porción de la al menos una tubería (100), y
    - en donde el fluido fluye a través de la al menos una o más tuberías del dispositivo, y se calienta al calentarse la al menos una tubería, o la pluralidad de tuberías, mediante una corriente alterna multifase, que fluye por la al menos una tubería o por la pluralidad de tuberías, de modo que en la al menos una tubería, o en la pluralidad de tuberías, se genere calor Joule que se transmite al fluido, de modo que este se calienta a medida que fluye a través de la al menos una tubería o la pluralidad de tuberías,
    caracterizado por que
    - para dividir los hidrocarburos se calienta como fluido una mezcla precalentada de hidrocarburos y vapor, o
    - la al menos una tubería está diseñada como un tubo de reacción de un reformador.
  2. 2. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que la al menos una fuente (2) de voltaje tiene un conductor neutro (N).
  3. 3. El método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que M es igual a tres.
  4. 4. El método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la al menos una tubería (100) tiene M ramales (101), en donde cada ramal (101) tiene un primer y un segundo segmento (101a, 101c) de extremo, así como un segmento medio (101b) que conecta los dos segmentos (101a, 101c) de extremo entre sí de forma fluídica y eléctrica.
  5. 5. El método según la reivindicación 4, caracterizado por que los dos segmentos (101a, 101c, 102a, 102c, 103a, 103c) de extremo del respectivo ramal (101, 102, 103) conectan de manera eléctricamente conductora con el punto neutro (S).
  6. 6. El método según una de las reivindicaciones 4 a 5, caracterizado por que los segmentos medios (101b, 102b, 103b) de los ramales (101,102, 103) conectan, respectivamente, de manera eléctricamente conductora con un conductor externo (L1, L2, L3) asociado de la al menos una fuente (2) de voltaje.
  7. 7. El método según la reivindicación 3 o una de las reivindicaciones 4 a 6, en la medida en que depende de la reivindicación 3, caracterizado por que el segundo segmento (101c) de extremo del primer ramal (101) conecta de manera fluídica y eléctricamente conductora con el primer segmento (102a) de extremo del segundo ramal (102), y por que el segundo segmento (102c) de extremo del segundo ramal (102) conecta de manera fluídica y eléctricamente conductora con el primer segmento (103a) de extremo del tercer ramal (103).
  8. 8. El método según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado por que los ramales (101, 102, 103) no están en comunicación fluida entre sí, y están diseñados para guiar, por separado, un respectivo fluido (F, F’, F”) a calentar.
  9. 9. El método según una de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado por que los ramales (101, 102, 103) están diseñados respectivamente como un bucle, en donde el segmento medio (101b, 102b, 103b) del respectivo ramal (101, 102, 103) forma un extremo del respectivo bucle (101, 102, 103).
  10. 10. El método según una de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado por que los ramales (101, 102, 103) se extienden, respectivamente, a lo largo de un eje longitudinal (A).
  11. 11. El método según una de las reivindicaciones 4 a 10, caracterizado por que los segmentos (101a, 101c; 102a, 102c; 103a, 103c) de extremo de los ramales (101, 102, 103) de la al menos una tubería (100), están dispuestos en una región central (B) desde la cual los ramales (102, 102, 103) se extienden hacia afuera a lo largo de una dirección radial (R).
  12. 12. El método según las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado por que los ejes longitudinales (A) de cada dos ramales (101, 102; 102, 103; 103, 101) adyacentes, conforman un ángulo de 120°.
  13. 13. El método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se proporciona una pluralidad de tuberías (100) y, en particular, una pluralidad de fuentes (2) de voltaje.
  14. 14. El método según la reivindicación 13, caracterizado por que una pluralidad de las tuberías (100), o todas ellas, están conectadas fluídicamente entre sí en serie, para que el fluido (F) pueda fluir a través de las mismas, en sucesión.
  15. 15. El método según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se calienta como fluido un hidrocarburo a pirolizar térmicamente.
  16. 16. El método según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que se calienta como fluido, agua o vapor de agua.
  17. 17. El método según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que se precalienta como fluido, aire de combustión de un horno de reformación.
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