KR20210042970A - 파이프라인에서 유체를 가열하기 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유체를 가열하기 위한 디바이스(112)에 관한 것이다. 디바이스(112)는 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인(120); 적어도 하나의 전기 전도성 코일(110); 코일(110)에 연결되고 코일(110)에 교류 전압을 적용하도록 설계된 적어도 하나의 교류 전압원(114)을 포함한다. 코일(110)은 교류 전압의 적용의 결과로서 적어도 하나의 전자기장을 발생시키도록 설계된다. 파이프라인(120) 및 코일(110)은 코일(110)의 전자기장이 파이프라인(120)에서 전기 전류를 유도하도록 하는 방식으로 배열되고, 이러한 전기 전류는 전기 전류가 전도성 파이프 물질을 통과할 때 발생되는 주울 열에 의해 파이프라인(120)을 가열하여 유체를 가열한다.
Description
본 발명은 파이프라인에서 유체를 가열하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
화학 산업에서 고온 공정을 직접 연소에 의해 가열하는 것은 공지되어 있다. 대부분의 이들 고온 공정은 관형 퍼니스, 예컨대 스팀 크래커, 스팀-메탄 개질기, 탈수소화 플랜트, 플랫포밍 등을 사용한다. 이들 퍼니스의 연도 가스는 일반적으로 각각의 공정의 CO2 배출의 주요 공급원이며, 예를 들어 수성-가스 전이 반응으로부터의 물질-기반 공정-관련 CO2 배출과는 달리, 요구되는 공정 에너지를 전기 에너지의 형태로 연관시킴으로써 회피될 수 있다. 전기 전도성 금속으로 이루어진, 이들 퍼니스의 파이프가 전기 전류에 의해 직접적으로 가열될 수 있다는 것이 공지되어 있다.
예를 들어, WO 2015/197181 A1에는 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인, 및 적어도 하나의 파이프라인에 연결된 적어도 하나의 전압원을 갖는, 유체를 가열하기 위한 디바이스가 기재되어 있다. 적어도 하나의 전압원은 적어도 하나의 파이프라인에서 전기 전류를 발생시키도록 설계되며, 이는 적어도 하나의 파이프라인을 가온시켜 유체를 가열한다. 적어도 하나의 전압원은 M개의 외부 전도체를 가지며, 여기서 M은 2 이상의 자연수이다. 적어도 하나의 전압원은 외부 전도체 상에 AC 전압을 제공하도록 설계된다. 이러한 AC 전압은 서로에 대해 2π/M 정도로 위상-천이된다. 외부 전도체는 스타 결선을 형성하도록 적어도 하나의 파이프라인에 전기 전도성 방식으로 연결된다.
JPH08247546 A에는 금속으로 제조된 편평하고 타원형인 권선 파이프에 의해 형성된 파이프라인이 기재되어 있다. 각각의 곡면을 따라 나선형 권선에 의해 형성된 가열 코일이 파이프라인 열의 내주면 및 외주면 상에 장착되며, 복수의 파이프라인이 서로 나란히 설치된다.
그러나, 전기 전류에 의한 파이프의 이러한 가열은 전기 절연의 공지된 고도로 최적화된 파이프 현수, 및 또한 전류의 도입을 위한 전기 접촉의 파이프를 요구한다. 또한 파이프의 물질 및 단면적은 실질적으로 공정 조건에 의해 결정된다. 그러나, 필요한 압축 강도 때문에, 큰 단면적은 단지 작은 저항을 초래할 수 있으며, 결과적으로 낮은 전압에서 매우 높은 전류를 필요로 할 수 있다. 따라서, 공급 라인의 큰 전도체 단면적이 필요할 수 있으며, 이는 동일하고 복잡한 고전류 시스템 부재 및 변압기에서의 높은 손실을 야기한다.
따라서, 본 발명의 목적은 공지된 장치 및 방법의 단점을 적어도 대부분 회피하는, 유체를 가열하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 특히, 장치 및 방법은 기술적으로 단순하게 실현되고 용이하게 수행되며, 또한 저렴하도록 의도된다.
상기 목적은 독립항의 특색을 갖는 장치에 의해 달성되었다. 장치의 바람직한 개량은 특히 연관된 종속항 및 종속항의 종속 대상에 명시되어 있다.
하기에서, 용어 "갖는다", "포함한다" 또는 "수반한다" 또는 그의 임의의 문법적 변형어는 비제한적 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는 이들 용어에 의해 도입된 특색 이외의 추가의 특색이 존재하지 않는 상황 또는 하나 이상의 추가의 특색이 존재하는 상황 둘 다에 대한 것일 수 있다. 예를 들어, 표현 "A는 B를 갖는다", "A는 B를 포함한다" 또는 "A는 B를 수반한다"는 B 이외의 추가의 요소가 A에 존재하지 않는 상황 (즉, A가 B로 독점적으로 이루어지는 상황) 및 B에 추가적으로 하나 이상의 추가의 요소, 예를 들어 요소 C, 요소 C 및 D 또는 훨씬 더 많은 요소가 A에 존재하는 상황 둘 다에 대한 것일 수 있다.
또한, 용어 "적어도 하나" 및 "하나 이상" 및 이들 용어 또는 유사한 용어의 문법적 변형어는, 이들이 하나 이상의 요소 또는 특색과 관련하여 사용되고 요소 또는 특색이 1회 이상 제공될 수 있다는 것을 나타내도록 의도될 때, 일반적으로 1회만, 예를 들어 특색 또는 요소가 처음으로 도입될 때만 사용된다는 것이 주지된다. 특색 또는 요소가 그 후에 다시 언급될 때, 상응하는 용어 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"은 일반적으로 더 이상 사용되지 않지만, 특색 또는 요소가 1회 이상 제공될 수 있는 가능성을 제한하지는 않는다.
또한, 하기에서 용어 "바람직하게는", "특히", "예를 들어" 또는 유사한 용어는 임의적인 특색과 관련하여 사용되지만, 이로써 대안적 실시양태가 제한되지는 않는다. 따라서, 이들 용어에 의해 도입된 특색은 임의적인 특색이며, 이들 특색에 의해 청구항 및 특히 독립항의 보호 범주를 제한하도록 의도되지는 않는다. 따라서, 관련 기술분야의 통상의 기술자가 인지할 것처럼, 본 발명은 또한 다른 구성을 사용함으로써 수행될 수도 있다. 유사한 방식으로, "본 발명의 한 실시양태에서" 또는 "본 발명의 한 실시예에서"에 의해 도입된 특색은 임의적인 특색으로서 이해되지만, 이로써 대안적 구성 또는 독립항의 보호 범주가 제한되도록 의도되지는 않는다. 게다가, 이로써 도입된 특색을, 임의적인 특색이든 또는 임의적이지 않은 특색이든, 다른 특색과 조합하는 모든 가능성은 이들 도입하는 표현에 의해 영향을 받지 않도록 의도된다.
본 발명의 제1 측면에서, 유체를 가열하기 위한 장치가 제안된다. 본 발명의 범주 내에서, "유체"는 가스상 및/또는 액체 매체, 예를 들어 공정 가스를 의미하는 것으로서 이해된다. 유체는 예를 들어 물, 스팀, 연소용 공기, 탄화수소 혼합물, 크래킹될 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 유체는 열적으로 및/또는 촉매적으로 크래킹될 탄화수소, 특히 열적으로 및/또는 촉매적으로 크래킹될 탄화수소의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 유체는 물 또는 스팀일 수 있으며, 열적으로 및/또는 촉매적으로 크래킹될 탄화수소, 특히 열적으로 및/또는 촉매적으로 크래킹될 탄화수소의 혼합물을 추가적으로 포함할 수 있다. 유체는 예를 들어 열적으로 및/또는 촉매적으로 크래킹될 탄화수소 및 스팀의 예열된 혼합물일 수 있다. 다른 유체가 또한 고려될 수 있다.
"유체를 가열한다"는 유체의 온도 변화, 특히 유체의 온도 상승, 예를 들어 유체의 가온을 유도하는 공정을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 가열에 의해, 유체는 지정되거나 또는 미리 결정된 온도 값까지 가온될 수 있다. 지정되거나 또는 미리 결정된 온도 값은 고온 값일 수 있다. 장치는 유체를 200℃ 내지 1100℃, 바람직하게는 200℃ 내지 900℃, 보다 바람직하게는 400℃ 내지 850℃ 범위의 온도로 가열하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 유체는 550℃ 내지 700℃ 범위의 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 유체는 개질기 퍼니스의 연소용 공기일 수 있으며, 이는 예를 들어 200℃ 내지 900℃, 바람직하게는 400℃ 내지 850℃ 범위의 온도로 예비가온되거나 또는 가열된다. 그러나, 다른 온도 및 온도 범위가 또한 고려될 수 있다. 장치는 파이프라인당 ≥ 0.5 MW의 가열 용량을 가질 수 있으며, 여기서 장치는 복수의 파이프라인으로 구성될 수 있는 파이프라인 시스템을 가질 수 있다.
장치는 설비의 일부일 수 있다. 예를 들어, 설비는 스팀 크래커, 스팀 개질기, 알칸 탈수소화를 위한 장치로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 설비는 스팀 크래킹, 스팀 개질, 알칸 탈수소화로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 공정을 수행하도록 설계될 수 있다.
장치는 예를 들어 스팀 크래커의 일부일 수 있다. "스팀 크래킹"은 장쇄 탄화수소, 예를 들어 나프타, 프로판, 부탄 및 에탄, 뿐만 아니라 가스 오일 및 히드로왁스가 스팀의 존재 하에서의 열적 크래킹에 의해 단쇄 탄화수소로 전환되는 공정을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 스팀 크래킹에서, 수소, 메탄, 에텐 및 프로펜, 뿐만 아니라 특히 부텐 및 열분해 벤젠이 주요 생성물로서 생산될 수 있다. 스팀 크래커는 유체를 550℃ 내지 1100℃ 범위의 온도로 가온시키도록 설계될 수 있다.
예를 들어, 장치는 개질기 퍼니스의 일부일 수 있다. "스팀 개질"은 물 및 탄소-함유 에너지 운반체, 특히 탄화수소 예컨대 천연 가스, 경질 가솔린, 메탄올, 바이오가스 및 바이오매스로부터 스팀 및 탄소 산화물을 생산하기 위한 공정을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 유체는 200℃ 내지 800℃, 바람직하게는 400℃ 내지 700℃ 범위의 온도까지 가온될 수 있다.
예를 들어, 장치는 알칸 탈수소화를 위한 장치의 일부일 수 있다. "알칸 탈수소화"는 알칸의 탈수소화, 예를 들어 부탄의 부텐으로의 탈수소화 (BDH) 또는 프로판의 프로펜으로의 탈수소화 (PDH)에 의해 알켄을 생산하기 위한 공정을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 알칸 탈수소화를 위한 장치는 유체를 400℃ 내지 700℃ 범위의 온도로 가온시키도록 설계될 수 있다.
장치는 하기를 포함한다:
- 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인
- 적어도 하나의 전기 전도성 코일
- 코일에 연결되고 코일에 AC 전압을 적용하도록 설계된 적어도 하나의 AC 전압원.
코일은 AC 전압을 적용함으로써 적어도 하나의 전자기장을 발생시키도록 설계된다. 파이프라인 및 코일은 코일의 전자기장이 파이프라인에서 전기 전류를 유도하도록 하는 방식으로 배열된다. 또한 와전류로서 공지된 전기 전류가, 전기 전류가 전도성 파이프 물질을 통과할 때 발생되는 주울(Joulean) 열에 의해 파이프라인을 가온시켜 유체를 가열한다.
이러한 방식으로, 전기 전도성이 아닌 파이프라인을 통해 유동하는 유체가 또한 가온될 수 있다.
본 발명의 범주 내에서, 파이프라인은 유체를 수용하고 수송하도록 설계된 임의의 형상의 디바이스를 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 파이프라인은 공정 파이프일 수 있다. 파이프라인은 적어도 하나의 파이프라인 세그먼트를 포함할 수 있다. 파이프라인 세그먼트는 파이프라인의 일부를 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 파이프라인의 기하구조 및/또는 표면 및/또는 물질은 수송될 유체에 따라 좌우될 수 있다. "전기 전도성 파이프라인"은 파이프라인, 특히 파이프라인의 물질이 전기 전류를 전도하도록 설계된 것을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 파이프라인은 개질기 퍼니스의 반응 파이프로서 설계될 수 있다. 파이프라인은 반응 파이프로서 및/또는 관형 반응기로서 설계될 수 있다. 파이프라인은 특히 화학 반응이 그 안에서 수행되고/거나 진행되도록 설계될 수 있다.
장치는 복수의 파이프라인을 포함할 수 있다. 장치는 L개의 파이프라인을 포함할 수 있으며, 여기서 L은 1 이상의 자연수이다. 예를 들어, 장치는 적어도 1, 2, 3, 4, 5개 또는 그 초과의 파이프라인을 포함할 수 있다. 장치는 예를 들어 최대 수백 개의 파이프라인을 포함할 수 있다. 파이프라인은 동일하게 또는 상이하게 구성될 수 있다. 파이프라인은 다양한 수의 레그부 또는 굴곡부를 포함할 수 있다. 파이프라인은 다양한 수의 분지를 포함할 수 있다. 파이프라인은 소위 단회-통과 또는 다회-통과 파이프로서 구성될 수 있다. 파이프라인은 동일하거나 또는 상이한 기하구조 및/또는 표면 및/또는 물질을 포함할 수 있다. 파이프라인은 관통-연결될 수 있으며, 그에 따라 유체를 수용하기 위한 실질적으로 평면 상의 파이프 시스템을 형성할 수 있다. "파이프 시스템"은, 특히 서로에 연결된 적어도 2개의 파이프라인을 포함하는 장치를 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. "실질적으로 평면 상의 파이프 시스템"은 평면 상의 배열로부터 5% 미만, 바람직하게는 1% 미만의 약간의 편차가 가능한, 하나의 평면에 있는 파이프라인의 배열을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 파이프 시스템은 투입 및 배출 파이프라인을 포함할 수 있다. 파이프 시스템은 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 유입구를 포함할 수 있다. 파이프 시스템은 유체를 방출하기 위한 적어도 하나의 유출구를 포함할 수 있다. "관통-연결"은 파이프라인이 서로와 유체 연결된 상태라는 것을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 따라서, 파이프라인은 유체가 파이프라인을 차례로 통과하여 유동하도록 하는 방식으로 배열되고 연결될 수 있다. 파이프라인은 유체가 병렬의 적어도 2개의 파이프라인을 통해 유동할 수 있도록 하는 방식으로 서로에 병렬 상호연결될 수 있다. 파이프라인, 특히 병렬로 연결된 파이프라인은 상이한 유체를 병렬로 수송하도록 하는 방식으로 설계될 수 있다. 특히, 병렬로 연결된 파이프라인은 상이한 유체를 수송하기 위해 서로 상이한 기하구조 및/또는 표면 및/또는 물질을 포함할 수 있다. 특히 유체의 수송에 있어서, 다수의 또는 모든 파이프라인이 병렬로서 구성될 수 있어, 유체가 병렬로서 구성된 파이프라인 사이에서 분할될 수 있다. 직렬 연결 및 병렬 연결의 조합이 또한 고려될 수 있다.
"코일"은 인덕턴스를 가지며 전류의 유동 하에 자기장을 발생시키는데 적합한 및/또는 그 반대 경우의 임의의 목적하는 요소를 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 코일은 적어도 하나의 완전히 또는 부분적으로 폐쇄된 전도체 루프 또는 권선을 포함할 수 있다. "전기 전도성 코일"은 전기 전압 및/또는 전기 전류가 적용될 때 코일이 자속을 발생시키도록 하는 방식으로 구성된 코일을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 전기 전도성 코일은 유도 코일일 수 있다. 전기 전도성 코일은 적어도 1종의 전도성 물질, 예를 들어 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 코일의 권선 형태 및 권선 수는 최대 전류 세기 및/또는 최대 전압 및/또는 최대 주파수가 달성되도록 하는 방식으로 선택될 수 있다. 특히, 파이프라인의 직접 저항 가열과 비교하여, 전압이 증가할수록 현저히 감소된 전류가 가능할 수 있다.
장치는 복수의 코일을 포함할 수 있다. 장치는 M개의 코일을 포함할 수 있으며, 여기서 M은 2 이상의 자연수이다. 예를 들어, 장치는 적어도 2, 3, 4, 5개 또는 그 초과의 코일을 포함할 수 있다. 코일은 실질적으로 평면 상의 코일 어레이를 형성할 수 있다. "코일 어레이"는 적어도 2개의 코일을 포함하는 코일 배열을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. "실질적으로 평면 상의" 코일 어레이는 평면 상의 배열로부터 5% 미만, 바람직하게는 1% 미만의 약간의 편차가 가능한, 하나의 평면에 있는 코일의 배열을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 코일 어레이는 파이프라인에 의해 이어진 경로에 적합화될 수 있다. 특히, 코일 어레이는 파이프라인을 따라 변화하는 경로의 공정 열 요구량에 적합화될 수 있다. 예를 들어, 코일 어레이는 공정 및 파이프라인에 의해 이어진 경로에 적합화된 에너지 투입이 가능하도록 하는 방식으로 구성될 수 있다.
"AC 전압원"은 AC 전압을 제공하도록 설계된 장치를 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. "AC 전압"은 준위 및 극성이 시간 경과에 따라 규칙적으로 반복되는 전압을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 예를 들어, AC 전압은 사인파 AC 전압일 수 있다. AC 전압원은 코일에 연결되며, 특히 전기적으로 연결되고, 코일에 AC 전압을 적용하도록 설계된다. 장치는 복수의 AC 전압원을 포함할 수 있다. 코일 어레이를 갖는 장치의 경우에, 각각의 코일 또는 코일 그룹은 AC 전압원이 각각 할당될 수 있으며, 이는 특히 적어도 하나의 전기적 연결에 의해 전기적으로 각각의 코일 및/또는 코일 그룹에 연결된다. AC 전압원은 각각의 경우에 AC 전압의 준위 및/또는 주파수의 적합화를 위한 폐루프 제어의 가능성을 갖도록 구성될 수 있다. AC 전압원은 서로 독립적으로 전기적으로 제어가능할 수 있다. 따라서, 파이프라인에 의해 이어진 경로를 따라 에너지 투입의 훨씬 복잡한 변화를 통해 그 결과로서 온도장의 정확한 제어가 가능해질 수 있다.
코일은 AC 전압을 적용함으로써 적어도 하나의 전자기장을 발생시키도록 설계된다. 코일은 특히 AC 전압의 적용에 반응하여 적어도 하나의 전자기장을 발생시키도록 설계된다. 파이프라인 및 코일은 코일의 전자기장이 파이프라인에서 전기 전류를 유도하도록 하는 방식으로 배열된다. 특히, 파이프라인과 코일의 간격은 파이프라인이 코일의 전자기장 내에 배열되도록 하는 것일 수 있다. 파이프라인에서 이와 같이 발생된 전기 전류는, 전기 전류가 전도성 파이프 물질을 통과할 때 발생되는 주울 열에 의해 파이프라인을 가온시켜 유체를 가열할 수 있다. "파이프라인을 가온시킨다"는 파이프라인의 온도 변화, 특히 파이프라인의 온도 상승을 유도하는 공정을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다.
장치는 적어도 하나의 단열체를 포함할 수 있으며, 이는 파이프라인, 특히 파이프 시스템의 온도로부터 코일, 특히 코일 어레이를 분리하도록 설계된다. "단열체"는 파이프라인, 특히 파이프 시스템과 코일, 특히 코일 어레이 사이의 열 전도를 적어도 부분적으로 또는 완전히 방지하는 요소를 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 실질적으로 평면 상의 코일 어레이는 전기적으로 비-전도성이고 비-자성인 단열성 배합물에 매립될 수 있다. 단열체는 세라믹 섬유 매트, 세라믹 폼, 내화 벽돌, 내화 콘크리트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다.
코일은 적어도 하나의 전도체 파이프를 포함할 수 있다. "전도체 파이프"는 액체 및/또는 가스가 그를 통해 유동하도록 설계된 디바이스를 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 장치는 전도체 파이프를 통해 적어도 1종의 냉매를 전도하도록 설계될 수 있다. 따라서, 코일의 열 손실, 및 파이프라인이 배열되어 있는 공정 공간으로부터의 단열체를 통한 코일로의 열 투입이 코일의 직접 냉각에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 코일은 냉매가 그를 통해 전도되는 구리 또는 알루미늄 파이프로 구성될 수 있다.
전도체 파이프는 내압성 구성을 가질 수 있다. 따라서, 보일러 급수를 전도체 파이프에 직접적으로 적용하고, 스팀을 전도체 파이프에서 직접적으로 또는 외부 스팀 드럼에서 전도체 파이프로부터의 가압수의 스로틀링 후에 발생시키는 것이 가능할 수 있다. 스팀은 공정 스팀 또는 기계 스팀으로서 사용될 수 있다.
파이프라인은 가스 공간에 배열될 수 있다. "가스 공간"은 적어도 1종의 가스를 수용하도록 설계된 구조적 공간을 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 특히, 가스 공간은 그를 통해 가스가 유동할 수 있는 구조적 공간일 수 있다. 파이프라인은 가스 공간에 자유롭게 현수 배열될 수 있다. 따라서, 온도로 인한 파이프라인의 길이 변화가 저해되지 않는다. 현수 및 절차는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 가스 공간의 길이 및/또는 폭 및/또는 높이는 가온으로 인한 파이프라인의 위치 및 길이와 그의 현수에서의 변화를 허용하도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 파이프 시스템은 평면을 한정할 수 있다. 가스 공간의 "길이"는 파이프 시스템에 의해 이어진 경로에 대해 수평으로의 가스 공간의 범위일 수 있다. 가스 공간의 "높이"는 파이프 시스템의 평면에서의 가스 공간의 길이에 대해 수직의 범위일 수 있다. 가스 공간의 "폭"은 파이프 시스템의 평면에 대해 수직의 가스 공간의 범위일 수 있다. 직접적으로 연소되는 복사 보일러와는 달리, 최소한의 가스 층 두께가 요구되지 않으므로, 가스 공간의 폭이 가온으로 인한 위치 및 길이에서의 변화가 허용되는만큼 가까이에서 파이프라인을 둘러쌀 수 있고/거나 파이프 파열의 경우에 공정 가스가 평면 상의 파이프 시스템의 평면에서 안전하게 제거될 수 있다. 장치는 가스 공간을 통해 화학적으로 불활성인 가스 및 산소-무함유 불활성 가스, 예를 들어 질소가, 특히 느리게 유동하도록 설계될 수 있다. 따라서, 파이프라인은 스케일링으로부터 보호될 수 있으며, 동시에 다량의 가연성 가스가 축적되기 전에 가능한 조금씩의 누출이 안전하게 제거될 수 있다. 장치는 적어도 하나의 누출 검출 디바이스를 포함할 수 있다. 누출 검출 디바이스는 가스 공간의 출구에서 가스 조성을 모니터링하도록 설계될 수 있다.
장치는 복수의 코일 어레이 및/또는 파이프 시스템을 포함할 수 있다. 코일 어레이 및 파이프 시스템은 적어도 하나의 스택에서 수평 방향으로 교대로 배열될 수 있다. 특히, 코일 어레이는 각각의 경우에 2개의 파이프 시스템 사이에 배열될 수 있다. 한 실시양태에서, 스택은 한쪽 단부에, 예를 들어 전면 상에 코일 어레이를 포함할 수 있으며, 이때 스택은 스택의 수평 방향으로 파이프 시스템 및 추가의 코일 어레이를 교대로 포함한다. 마찬가지로 스택의 후면 상에 코일 어레이 또는 파이프 시스템이 제공될 수 있다. 한 실시양태에서, 스택은 전면 상에 파이프 시스템을 포함할 수 있으며, 이때 스택은 스택의 수평 방향으로 코일 어레이 및 파이프 시스템을 교대로 포함한다. 마찬가지로 스택의 후면 상에 코일 어레이 또는 파이프 시스템이 제공될 수 있다. 장치는 상이한 수의 또는 동일한 수의 파이프 시스템 및 코일 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 장치는 N개의 파이프 시스템 및 O개의 코일 어레이를 포함할 수 있으며, 여기서 N 및 O는 2 이상의 자연수이다. 예를 들어, 장치는 적어도 2, 3, 4, 5개 또는 그 초과의 코일 어레이 및 파이프 시스템을 포함할 수 있다. 파이프 시스템 및 코일 어레이의 이러한 스택킹에 의해, 요구되는 용량의 관형 퍼니스가 조립될 수 있다. 파이프 시스템을 가열하기 위해 파이프 시스템의 좌측 및 우측에서 코일 어레이의 각각의 전면 및 후면 전자기장을 사용함으로써, 전자기장의 손실이 낮게 유지될 수 있다. 파이프 시스템의 좌측 및 우측에서의 코일 어레이의 전자기장의 상호 강화가 또한 유리할 수 있다. 각각의 파이프 시스템 주위에서의 대칭적인 전자기장이 또한 유리할 수 있다.
스택은 적어도 하나의 상쇄 코일 어레이를 포함할 수 있다. "상쇄 코일 어레이"는 스택의 전면 및/또는 후면 전자기장을 가능한 한 작게 유지하도록 설계된 코일 어레이를 의미하는 것으로서 이해될 수 있다. 잔류 외부 전자기장을 가능한 한 작게 하는 방식으로 저온의 경우에 사용되는 파이프라인 또는 파이프 시스템, 예를 들어 예열기 또는 반응물 증발기와 상쇄 코일 어레이의 조합에 의해 스택은 자유 단부에서 폐쇄될 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 특히 전기 가열과 파이프라인의 완전한 기계적 및 열적 분리, 발생되는 스팀의 목적하는 압력에 따라 저온에서, 예를 들어 150 내지 250℃의 코일 평면에서 조작되는 가열의 경우에 신뢰할 수 있는 것으로 입증된 광범위한 공정 파이프 설계의 채택, 및 개선된 즉각적인 제어성 하의 공정 스팀 형태의 전기 손실의 활용을 조합하기 때문에 유리하다.
본 발명의 범주 내에서, 추가의 측면에서, 유체를 가열하기 위한 방법이 제안된다. 방법에서, 본 발명에 따른 장치가 사용된다. 방법은 하기 단계를 포함한다:
- 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인을 제공하는 단계
- 파이프라인에서 유체를 수용하는 단계
- 적어도 하나의 코일을 제공하는 단계
- 적어도 하나의 AC 전압원을 제공하고, 코일을 AC 전압원에 연결하고, 코일에 AC 전압을 적용하는 단계
- 코일에 AC 전압을 적용함으로써 적어도 하나의 전자기장을 발생시키는 단계
- 코일의 전자기장에 의해 파이프라인에서 전기 전류를 유도하여, 전기 전류가 전도성 파이프 물질을 통과할 때 발생되는 주울 열에 의해 파이프라인을 가온시켜 유체를 가열하는 단계.
적어도 하나의 코일을 제공하는 것은 냉각 유체가 그를 통해 유동할 수 있는 전도체로 제조된 적어도 하나의 코일을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
실시양태 및 정의와 관련하여, 장치에 관한 상기 설명을 참조할 수 있다. 방법 단계는 명시된 순서대로 수행될 수 있으며, 또한 단계 중 하나 이상이 적어도 부분적으로 동시에 수행되는 것이 가능하고, 단계 중 하나 이상이 수회 반복되는 것이 가능하다. 또한, 추가의 단계가, 이들이 본 출원에서 언급되었는지의 여부에 상관없이, 추가적으로 수행될 수 있다.
요약하면, 본 발명의 범주 내에서 하기 실시양태가 특히 바람직하다:
실시양태 1: 하기를 포함하는, 유체를 가열하기 위한 장치로서:
- 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인;
- 적어도 하나의 전기 전도성 코일;
- 코일에 연결되고 코일에 AC 전압을 적용하도록 설계된 적어도 하나의 AC 전압원;
여기서 코일은 AC 전압을 적용함으로써 적어도 하나의 전자기장을 발생시키도록 설계되고, 파이프라인 및 코일은 코일의 전자기장이 파이프라인에서 전기 전류를 유도하도록 하는 방식으로 배열되고, 이러한 전기 전류는 전기 전류가 전도성 파이프 물질을 통과할 때 발생되는 주울 열에 의해 파이프라인을 가온시켜 유체를 가열하는 것인
장치.
실시양태 2: 상기 실시양태에 있어서, 장치가 복수의 코일을 포함하며, 여기서 코일은 실질적으로 평면 상의 코일 어레이를 형성하는 것인 장치.
실시양태 3: 상기 실시양태에 있어서, 코일 어레이가 파이프라인에 의해 이어진 경로에 적합화되는 것인 장치.
실시양태 4: 상기 2개의 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 장치가 복수의 AC 전압원을 포함하며, 여기서 코일 어레이의 각각의 코일에 AC 전압원이 할당되고, AC 전압원은 각각의 경우에 AC 전압의 준위 및/또는 주파수의 적합화를 위한 폐루프 제어의 가능성을 갖도록 구성되고, AC 전압원은 서로 독립적으로 전기적으로 제어가능한 것인 장치.
실시양태 5: 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 장치가 복수의 파이프라인을 포함하며, 여기서 파이프라인은 관통-연결되며, 그에 따라 유체를 수용하기 위한 실질적으로 평면 상의 파이프 시스템을 형성하는 것인 장치.
실시양태 6: 상기 실시양태에 있어서, 장치가 복수의 코일 어레이 및/또는 파이프 시스템을 포함하며, 여기서 코일 어레이 및 파이프 시스템은 적어도 하나의 스택에서 수평 방향으로 교대로 배열되는 것인 장치.
실시양태 7: 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 장치가 적어도 하나의 단열체를 포함하며, 이는 파이프라인의 온도로부터 코일을 분리하도록 설계되며, 여기서 단열체는 세라믹 섬유 매트, 세라믹 폼, 내화 벽돌, 내화 콘크리트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 포함하는 것인 장치.
실시양태 8: 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 코일이 적어도 하나의 전도체 파이프를 포함하며, 여기서 장치는 전도체 파이프를 통해 적어도 1종의 냉매를 전도하도록 설계되는 것인 장치.
실시양태 9: 상기 실시양태에 있어서, 전도체 파이프가 내압성 구성을 갖는 것인 장치.
실시양태 10: 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 파이프라인이 가스 공간에 배열되며, 여기서 파이프라인은 가스 공간에 자유롭게 현수 배열되는 것인 장치.
실시양태 11: 상기 실시양태에 있어서, 가스 공간의 길이 및/또는 폭 및/또는 높이가 가온으로 인한 위치 및 길이에서의 변화를 허용하도록 하는 방식으로 구성되는 것인 장치.
실시양태 12: 상기 2개의 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 장치가 가스 공간을 통해 화학적으로 불활성인 가스 및 산소-무함유 불활성 가스가 유동하도록 설계되는 것인 장치.
실시양태 13: 상기 3개의 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 장치가 적어도 하나의 누출 검출 장치를 포함하며, 여기서 누출 검출 장치는 가스 공간의 출구에서 가스 조성을 모니터링하도록 설계되는 것인 장치.
실시양태 14: 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 장치를 포함하는 설비.
실시양태 15: 상기 실시양태에 있어서, 설비가 스팀 크래커, 스팀 개질기, 알칸 탈수소화를 위한 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 설비.
실시양태 16: 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 장치를 사용함으로써 유체를 가열하기 위한 방법으로서, 하기 단계를 포함하는 방법:
- 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인을 제공하는 단계;
- 파이프라인에서 유체를 수용하는 단계;
- 적어도 하나의 전기 전도성 코일을 제공하는 단계;
- 적어도 하나의 AC 전압원을 제공하고, 코일을 AC 전압원에 연결하고, 코일에 AC 전압을 적용하는 단계;
- 코일에 AC 전압을 적용함으로써 적어도 하나의 전자기장을 발생시키는 단계;
- 코일의 전자기장에 의해 파이프라인에서 전기 전류를 유도하여, 전기 전류가 전도성 파이프 물질을 통과할 때 발생되는 주울 열에 의해 파이프라인을 가온시켜 유체를 가열하는 단계.
실시양태 17: 상기 실시양태에 있어서, 적어도 하나의 코일을 제공하는 것이 냉각 유체가 그를 통해 유동할 수 있는 전도체로 제조된 적어도 하나의 코일을 제공하는 것을 포함하는 것인 방법.
본 발명의 추가의 세부사항 및 특색은, 특히 종속항과 관련된 바람직한 실시예에 관한 하기 설명에서 확인될 수 있다. 각각의 특색은 개별적으로 실행될 수 있거나, 또는 이들 중 여러 개가 서로 조합되어 실행될 수 있다. 본 발명은 실시예로 제한되지 않는다. 실시예는 도면에 개략적으로 나타나 있다. 개별 도면에서 동일한 참조 부호는 동일하거나 또는 동일한 기능을 갖는 요소를 나타내며, 즉, 이들은 그의 기능과 관련하여 서로에 상응한다.
구체적으로:
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 코일의 한 실시예 및 본 발명에 따른 코일 어레이의 한 실시예의 개략도를 제시하고;
도 2는 본 발명에 따른 파이프 시스템의 한 실시예의 개략도를 제시하고;
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 장치의 한 실시예의 분해도 및 장치의 추가의 실시예의 사시도를 제시한다.
구체적으로:
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 코일의 한 실시예 및 본 발명에 따른 코일 어레이의 한 실시예의 개략도를 제시하고;
도 2는 본 발명에 따른 파이프 시스템의 한 실시예의 개략도를 제시하고;
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 장치의 한 실시예의 분해도 및 장치의 추가의 실시예의 사시도를 제시한다.
실시예
도 1a는 적어도 1종의 유체를 가열하기 위한 장치(112)의 본 발명에 따른 전기 전도성 코일(110)의 한 실시예의 개략도를 제시한다. 유체는 예를 들어 물, 스팀, 연소용 공기, 탄화수소 혼합물, 크래킹될 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 유체는 열적으로 크래킹될 탄화수소, 특히 열적으로 크래킹될 탄화수소의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 유체는 물 또는 스팀일 수 있으며, 열적으로 크래킹될 탄화수소, 특히 열적으로 크래킹될 탄화수소의 혼합물을 추가적으로 포함할 수 있다. 유체는 예를 들어 열적으로 크래킹될 탄화수소 및 스팀의 예열된 혼합물일 수 있다. 다른 유체가 또한 고려될 수 있다. 예를 들어, 가열에 의해, 유체는 지정되거나 또는 미리 결정된 온도 값까지 가온될 수 있다. 지정되거나 또는 미리 결정된 온도 값은 고온 값일 수 있다. 예를 들어, 유체는 550℃ 내지 700℃ 범위의 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 유체는 개질기 퍼니스의 연소용 공기일 수 있으며, 이는 예를 들어 200℃ 내지 800℃, 바람직하게는 400℃ 내지 700℃ 범위의 온도로 예비가온되거나 또는 가열된다. 그러나, 다른 온도 및 온도 범위가 또한 고려될 수 있다.
코일(110)은 적어도 하나의 완전히 또는 부분적으로 폐쇄된 전도체 루프 또는 권선을 포함할 수 있다. 코일(110)은 전기 전압 및/또는 전기 전류가 적용될 때 자속을 발생시킬 수 있다. 전기 전도성 코일은 유도 코일일 수 있다. 전기 전도성 코일(110)은 적어도 1종의 전도성 물질, 예를 들어 구리 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 코일(110)은 냉각 매체가 유동하는 관형 전도체로부터 구조화될 수 있다. 코일의 권선 형태 및 권선 수는 최대 전류 세기 및/또는 최대 전압 및/또는 최대 주파수가 달성되도록 하는 방식으로 선택될 수 있다.
장치(112)는 적어도 하나의 AC 전압원(114)을 포함한다. AC 전압원(114)은 코일(110)에 연결되며, 특히 전기적으로 연결된다. 이러한 목적을 위해 장치(112)는 코일(110)과 AC 전압원(114)을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 연결 요소(116), 예를 들어 단말 및/또는 공급 라인을 포함할 수 있다. AC 전압원(114)은 코일(110)에 AC 전압을 적용하도록 설계된다. 코일(110)은 AC 전압의 적용에 반응하여 적어도 하나의 전자기장을 발생시키도록 설계된다.
장치(112)는 복수의 코일(110)을 포함할 수 있다. 장치(112)는 M개의 코일(110)을 포함할 수 있으며, 여기서 M은 2 이상의 자연수이다. 예를 들어, 장치(112)는 적어도 2, 3, 4, 5개 또는 그 초과의 코일(110)을 포함할 수 있다. 코일(110)은 실질적으로 평면 상의 코일 어레이(118)를 형성할 수 있다. 코일 어레이(118)의 한 실시예가 도 1b에 의해 제시된다. 장치(112)는 복수의 AC 전압원(114)을 포함할 수 있다. 코일 어레이(118)를 갖는 장치(112)의 경우에, 각각의 코일(110) 또는 코일(110) 그룹은 AC 전압원(114)이 각각 할당될 수 있으며, 이는 특히 적어도 하나의 전기적 연결에 의해 전기적으로 각각의 코일(110) 및/또는 코일(110) 그룹에 연결된다. AC 전압원(114)은 각각의 경우에 AC 전압의 준위 및/또는 주파수의 적합화를 위한 폐루프 제어의 가능성을 갖도록 구성될 수 있다. AC 전압원(114)은 서로 독립적으로 전기적으로 제어가능할 수 있다.
장치(112)는 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인(120)을 포함한다. 파이프라인(120)은 공정 파이프일 수 있다. 파이프라인(120)은 개질기 퍼니스의 반응 파이프로서 설계될 수 있다. 파이프라인(120)은 적어도 하나의 파이프라인 세그먼트를 포함할 수 있다. 파이프라인(120)의 기하구조 및/또는 표면 및/또는 물질은 수송될 유체에 따라 좌우될 수 있다. 장치(112)는 복수의 파이프라인(120)을 포함할 수 있다. 장치(112)는 L개의 파이프라인(112)을 포함할 수 있으며, 여기서 L은 2 이상의 자연수이다. 예를 들어, 장치(112)는 적어도 2, 3, 4, 5개 또는 그 초과의 파이프라인(120)을 포함할 수 있다. 장치(112)는 예를 들어 최대 수백 개의 파이프라인(120)을 포함할 수 있다. 파이프라인(120)은 동일하게 또는 상이하게 구성될 수 있다. 파이프라인(120)은 다양한 수의 레그부 또는 굴곡부를 포함할 수 있다. 파이프라인(120)은 다양한 수의 분지를 포함할 수 있다. 파이프라인(120)은 소위 단회-통과 또는 다회-통과 파이프로서 구성될 수 있다. 파이프라인(120)은 동일하거나 또는 상이한 기하구조 및/또는 표면 및/또는 물질을 포함할 수 있다. 파이프라인(120)은 관통-연결될 수 있으며, 그에 따라 유체를 수용하기 위한 실질적으로 평면 상의 파이프 시스템(122)을 형성할 수 있다. 파이프 시스템(122)의 한 실시예가 도 2에 의해 제시된다. 파이프 시스템(122)은 투입 및 배출 파이프라인(120)을 포함할 수 있다. 파이프 시스템(122)은 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 유입구(124)를 포함할 수 있다. 파이프 시스템(122)은 유체를 방출하기 위한 적어도 하나의 유출구(126)를 포함할 수 있다. 파이프라인(120)은 유체가 파이프라인(120)을 차례로 통과하여 유동하도록 하는 방식으로 배열되고 연결될 수 있다. 파이프라인(120)은 유체가 병렬의 적어도 2개의 파이프라인(120)을 통해 유동할 수 있도록 하는 방식으로 서로에 병렬 상호연결될 수 있다. 파이프라인(120), 특히 병렬로 연결된 파이프라인(120)은 상이한 유체를 병렬로 수송하도록 하는 방식으로 설계될 수 있다. 특히, 병렬로 연결된 파이프라인(120)은 상이한 유체를 수송하기 위해 서로 상이한 기하구조 및/또는 표면 및/또는 물질을 포함할 수 있다. 특히 유체의 수송에 있어서, 다수의 또는 모든 파이프라인(120)이 병렬로서 구성될 수 있어, 유체가 병렬로서 구성된 파이프라인(120) 사이에서 분할될 수 있다. 직렬 연결 및 병렬 연결의 조합이 또한 고려될 수 있다.
파이프라인(120)은 가스 공간(128)에 배열될 수 있다. 파이프라인(120)은 가스 공간(128)에 자유롭게 현수 배열될 수 있다. 따라서, 온도로 인한 파이프라인(120)의 길이 변화가 가능하게 될 수 있다. 현수 및 절차는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 가스 공간(128)의 길이(130) 및/또는 높이(132) 및/또는 폭(134)은 가온으로 인한 위치 및 길이에서의 변화를 허용하도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 파이프 시스템(122)은 평면을 한정할 수 있다. 가스 공간(128)의 길이(130)는 파이프 시스템(122)에 의해 이어진 경로에 대해 수평으로의 가스 공간(128)의 범위일 수 있다. 가스 공간(128)의 높이(132)는 파이프 시스템(122)의 평면에서의 가스 공간(128)의 길이(130)에 대해 수직의 범위일 수 있다. 가스 공간(128)의 폭(134)은 파이프 시스템(122)의 평면에 대해 수직의 가스 공간(128)의 범위일 수 있으며, 예를 들어 도 3a를 참조한다. 직접적으로 연소되는 복사 보일러와는 달리, 최소한의 가스 층 두께가 요구되지 않으므로, 가스 공간(128)의 폭(134)이 가온으로 인한 위치 및 길이에서의 변화가 허용되는만큼 가까이에서 파이프라인(120)을 둘러쌀 수 있고/거나 파이프 파열의 경우에 공정 가스가 평면 상의 파이프 시스템(122)의 평면에서 안전하게 제거될 수 있다. 장치(122)는 가스 공간(128)을 통해 화학적으로 불활성인 가스 및 산소-무함유 불활성 가스, 예를 들어 질소가, 특히 느리게 유동하도록 설계될 수 있다. 따라서, 파이프라인(120)은 스케일링으로부터 보호될 수 있으며, 동시에 다량의 가연성 가스가 축적되기 전에 가능한 조금씩의 누출이 안전하게 제거될 수 있다. 장치(112)는 적어도 하나의 누출 검출 디바이스(136)를 포함할 수 있다. 누출 검출 디바이스(136)는 가스 공간(128)의 출구에서 가스 조성을 모니터링하도록 설계될 수 있다.
도 3a 및 3b는 예로서 장치(112)의 두 실시예를 분해도 (도 3a) 및 사시도 (도 3b)로 제시한다. 코일(110)은 AC 전압을 적용함으로써 적어도 하나의 전자기장을 발생시키도록 설계된다. 파이프라인(120) 및 코일(110)은 코일(110)의 전자기장이 파이프라인(120)에서 전기 전류를 유도하도록 하는 방식으로 배열된다. 특히, 파이프라인(120)과 코일(110)의 간격은 파이프라인(120)이 코일(110)의 전자기장 내에 배열되도록 하는 것일 수 있다. 전기 전류는, 전기 전류가 전도성 파이프 물질을 통과할 때 발생되는 주울 열에 의해 파이프라인(120)을 가온시켜 유체를 가열한다.
장치(112)는 복수의 코일 어레이(118) 및/또는 파이프 시스템(122)을 포함할 수 있다. 코일 어레이(118)는 파이프라인(122)에 의해 이어진 경로에 적합화될 수 있다. 특히, 코일 어레이(118)는 파이프라인(120)을 따라 변화하는 경로의 공정 열 요구량에 적합화될 수 있다. 예를 들어, 코일 어레이(118)는 공정 및 파이프라인(120)에 의해 이어진 경로에 적합화된 에너지 투입이 가능하도록 하는 방식으로 구성될 수 있다.
코일 어레이(118) 및 파이프 시스템(122)은 적어도 하나의 스택(138)에서 수평 방향으로 교대로 배열될 수 있다. 특히, 코일 어레이(118)는 각각의 경우에 2개의 파이프 시스템(122) 사이에 배열될 수 있다. 도 3a에 제시된 실시양태에서, 스택(138)은 한쪽 단부에, 예를 들어 전면(140) 상에 코일 어레이(118)를 포함할 수 있으며, 이때 스택(138)은 스택(138)의 수평 방향으로 파이프 시스템(122) 및 추가의 코일 어레이(118)를 교대로 포함한다. 스택(138)의 후면(142) 상에 파이프 시스템(122)이 배열될 수 있다. 그러나, 최종 코일 어레이(118)를 갖는 실시양태가 또한 고려될 수 있다. 도 3b에 제시된 실시양태에서, 스택(138)은 전면(140) 및 후면(142) 상에 파이프 시스템(122)을 포함할 수 있으며, 이때 스택(138)은 스택(138)의 수평 방향으로 코일 어레이(118) 및 파이프 시스템(122)을 교대로 포함한다. 장치(112)는 상이한 수의 또는 동일한 수의 파이프 시스템(122) 및 코일 어레이(118)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 장치(112)는 N개의 파이프 시스템(122) 및 O개의 코일 어레이(118)를 포함할 수 있으며, 여기서 N 및 O는 2 이상의 자연수이다. 예를 들어, 장치(112)는 적어도 2, 3, 4, 5개 또는 그 초과의 코일 어레이(118) 및 파이프 시스템(122)을 포함할 수 있다. 파이프 시스템(122) 및 코일 어레이(118)의 이러한 스택킹에 의해, 요구되는 용량의 관형 퍼니스가 조립될 수 있다. 파이프 시스템(122)을 가열하기 위해 파이프 시스템(122)의 좌측 및 우측에서 코일 어레이(118)의 각각의 전면 및 후면 전자기장을 사용함으로써, 전자기장의 손실이 낮게 유지될 수 있다. 파이프 시스템(122)의 좌측 및 우측에서의 코일 어레이(118)의 전자기장의 상호 강화가 또한 유리할 수 있다. 각각의 파이프 시스템(122) 주위에서의 대칭적인 전자기장이 또한 유리할 수 있다.
스택(138)은 적어도 하나의 상쇄 코일 어레이를 포함할 수 있다. 상쇄 코일 어레이는 스택(138)의 전면 및/또는 후면 전자기장을 가능한 한 작게 유지하도록 설계될 수 있다. 잔류 외부 전자기장을 가능한 한 작게 하는 방식으로 저온의 경우에 사용되는 파이프라인 또는 파이프 시스템, 예를 들어 예열기 또는 반응물 증발기와 상쇄 코일 어레이의 조합에 의해 스택은 자유 단부에서 폐쇄될 수 있다. 예를 들어, 스택(138)의 마지막 코일 어레이(118)는 각각의 경우에 상쇄 코일 어레이로서 구성될 수 있다.
장치(112)는 적어도 하나의 단열체(144)를 포함할 수 있으며, 이는 파이프라인(120), 특히 파이프 시스템(122)의 온도로부터 코일(110), 특히 코일 어레이(118)를 분리하도록 설계되며, 예를 들어 도 1b를 참조한다. 예를 들어, 실질적으로 평면 상의 코일 어레이(118)는 전기적으로 비-전도성이고 비-자성인 단열성 배합물에 매립될 수 있다. 단열체(144)는 세라믹 섬유 매트, 세라믹 폼, 내화 벽돌, 내화 콘크리트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 포함할 수 있다.
코일(110)은 적어도 하나의 전도체 파이프(146)를 포함할 수 있으며, 예를 들어 도 1a 및 1b를 참조한다. 장치(112)는 전도체 파이프(146)를 통해 적어도 1종의 냉매를 전도하도록 설계될 수 있다. 코일의 전력 손실, 및 파이프라인(120)이 배열되어 있는 공정 공간으로부터의 단열체(144)를 통한 코일(110)로의 열 투입이 코일(110)의 직접 냉각에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 코일(110)은 냉매가 그를 통해 전도되는 구리 또는 알루미늄 파이프로 구성될 수 있다. 전도체 파이프(146)는 내압성 구성을 가질 수 있다. 따라서, 보일러 급수를 전도체 파이프(146)에 직접적으로 적용하고, 스팀을 전도체 파이프(146)에서 직접적으로 또는 외부 스팀 드럼에서 전도체 파이프(146)로부터의 가압수의 스로틀링 후에 발생시키는 것이 가능할 수 있다. 스팀은 공정 스팀 또는 기계 스팀으로서 사용될 수 있다.
110 코일
112 장치
114 AC 전압원
116 연결 요소
118 코일 어레이
120 파이프라인
122 파이프 시스템
124 유입구
126 유출구
128 가스 공간
130 길이
132 높이
134 폭
136 누출 검출 디바이스
138 스택
140 전면
142 후면
144 단열체
146 전도체 파이프
112 장치
114 AC 전압원
116 연결 요소
118 코일 어레이
120 파이프라인
122 파이프 시스템
124 유입구
126 유출구
128 가스 공간
130 길이
132 높이
134 폭
136 누출 검출 디바이스
138 스택
140 전면
142 후면
144 단열체
146 전도체 파이프
Claims (15)
- 유체를 가열하기 위한 장치(112)로서, 여기서 장치는 스팀 크래킹; 스팀 개질; 및 알칸 탈수소화로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 공정을 수행하도록 구성된 설비의 일부이고, 여기서 장치는 하기를 포함하고:
- 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인(120),
- 적어도 하나의 전기 전도성 코일(110),
- 코일(110)에 연결되고 코일(110)에 AC 전압을 적용하도록 설계된 적어도 하나의 AC 전압원(114),
여기서 코일(110)은 AC 전압을 적용함으로써 적어도 하나의 전자기장을 발생시키도록 설계되고, 파이프라인(120) 및 코일(110)은 코일(110)의 전자기장이 파이프라인(120)에서 전기 전류를 유도하도록 하는 방식으로 배열되고, 이러한 전기 전류는 전기 전류가 전도성 파이프 물질을 통과할 때 발생되는 주울(Joulean) 열에 의해 파이프라인(120)을 가온시켜 유체를 가열하는 것인
장치(112). - 제1항에 있어서, 장치(112)가 복수의 코일(110)을 포함하며, 여기서 코일(110)은 실질적으로 평면 상의 코일 어레이(118)를 형성하는 것인 장치(112).
- 제2항에 있어서, 코일 어레이(118)가 파이프라인(120)에 의해 이어진 경로에 적합화되는 것인 장치(112).
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 장치(112)가 복수의 AC 전압원(114)을 포함하며, 여기서 코일 어레이(118)의 각각의 코일(110)에 AC 전압원(114)이 할당되고, AC 전압원(114)은 각각의 경우에 AC 전압의 준위 및/또는 주파수의 적합화를 위한 폐루프 제어의 가능성을 갖도록 구성되고, AC 전압원(114)은 서로 독립적으로 전기적으로 제어가능한 것인 장치(112).
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 장치(112)가 복수의 파이프라인(120)을 포함하며, 여기서 파이프라인(120)은 관통-연결되며, 그에 따라 유체를 수용하기 위한 실질적으로 평면 상의 파이프 시스템(122)을 형성하는 것인 장치(112).
- 제5항에 있어서, 장치(112)가 복수의 코일 어레이(118) 및/또는 파이프 시스템(122)을 포함하며, 여기서 코일 어레이(118) 및 파이프 시스템(122)은 적어도 하나의 스택(138)에서 수평 방향으로 교대로 배열되는 것인 장치(112).
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 장치(112)가 적어도 하나의 단열체(144)를 포함하며, 이는 파이프라인(120)의 온도로부터 코일(110)을 분리하도록 설계되며, 여기서 단열체(144)는 세라믹 섬유 매트, 세라믹 폼, 내화 벽돌, 내화 콘크리트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 포함하는 것인 장치(112).
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 코일(110)이 적어도 하나의 전도체 파이프(146)를 포함하며, 여기서 장치(112)는 전도체 파이프(146)를 통해 적어도 1종의 냉매를 전도하도록 설계되는 것인 장치(112).
- 제8항에 있어서, 전도체 파이프(146)가 내압성 구성을 갖는 것인 장치(112).
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프라인(120)이 가스 공간(128)에 배열되며, 여기서 파이프라인(120)은 가스 공간(128)에 자유롭게 현수 배열되는 것인 장치(112).
- 제10항에 있어서, 가스 공간(128)의 길이(130) 및/또는 폭(134) 및/또는 높이(132)가 가온으로 인한 위치 및 길이에서의 변화를 허용하도록 하는 방식으로 구성되는 것인 장치(112).
- 제10항 또는 제11항에 있어서, 장치(112)가 가스 공간(128)을 통해 화학적으로 불활성인 가스 및 산소-무함유 불활성 가스가 유동하도록 설계되는 것인 장치(112).
- 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 장치(112)가 적어도 하나의 누출 검출 디바이스(136)를 포함하며, 여기서 누출 검출 디바이스(136)는 가스 공간의 출구에서 가스 조성을 모니터링하도록 설계되는 것인 장치(112).
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 장치(112)를 포함하는 설비로서, 스팀 크래커, 스팀 개질기, 알칸 탈수소화를 위한 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 설비.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 장치(112)를 사용함으로써 유체를 가열하기 위한 방법으로서, 하기 단계를 포함하는 방법:
- 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인(120)을 제공하는 단계
- 파이프라인(120)에서 유체를 수용하는 단계
- 적어도 하나의 전기 전도성 코일(110)을 제공하는 단계
- 적어도 하나의 AC 전압원(114)을 제공하고, 코일(110)을 AC 전압원(114)에 연결하고, 코일(110)에 AC 전압을 적용하는 단계
- 코일(110)에 AC 전압을 적용함으로써 적어도 하나의 전자기장을 발생시키는 단계
- 코일(110)의 전자기장에 의해 파이프라인(120)에서 전기 전류를 유도하여, 전기 전류가 전도성 파이프 물질을 통과할 때 발생되는 주울 열에 의해 파이프라인(120)을 가온시켜 유체를 가열하는 단계.
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