KR20230077739A - 화학 반응을 제어 가능하게 수행하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

다수의 전기 가열 가능한 튜브 섹션을 갖는 여러 개의 반응 튜브를 갖는 반응기에서 공정 유체의 화학 반응을 조절 가능하게 수행하기 위한 방법이 제공되며, 전력 연결부가 제공되며, 각 전력 연결부는 전류 입력 영역에서 적어도 하나의 튜브 섹션에 연결되며, 적어도 하나의 연결 요소가 전류 출력 영역에 제공되며, 각 튜브 섹션은 연결 요소에 전기 전도적으로 연결되며, 화학 반응은 증기 분해(cracking), 증기 개질(reforming), 건식 개질, 프로판의 탈수소화, 적어도 부분적으로 500℃ 이상에서 수행되는 탄화수소와의 반응 중의 하나이다. 본 방법은 하나 이상의 반응 튜브를 통해 공정 유체를 전달하는 단계; 여러 개의 전력 연결부에서 여러 개의 가변 전압을 제공하는 단계(여러 개의 전압은 다상 AC 전압의 위상으로서 제공되어 적어도 하나의 연결 요소가 스타 포인트를 형성함); 하나 이상의 전압을 설정하는 단계; 하나 이상의 측정 변수에 대응하는 하나 이상의 측정 값을 검출하는 단계; 및 검출된 측정 값이 측정 변수의 미리 결정된 값 또는 값 범위에 대응하도록 여러 개의 설정 전압을 변경하는 단계를 포함한다. 또한, 장치가 제공되며, 이 장치는 반응기, 하나 이상의 측정 장치, 및 제어 장치를 포함하고, 제어 장치는 본 방법을 수행하도록 구성된다.

Description

화학 반응을 제어 가능하게 수행하기 위한 장치 및 방법

본 발명은 적어도 하나의 가열 가능한 반응 튜브를 갖는 반응기에서 화학 반응을 조절 가능하게 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

화학 산업의 일련의 공정에서, 하나 이상의 반응물이 가열된 반응 튜브를 통해 전달되고 거기서 촉매적으로 또는 비촉매적으로 전환되는 반응기가 사용된다. 가열은 특히 발생하는 화학 반응을 위한 요구되는 활성화 에너지를 극복하는 역할을 한다. 그 반응은 활성화 에너지를 극복한 후에 전체적으로 흡열적으로 또는 발열적으로 진행할 수 있다. 본 발명은 특히 강한 흡열 반응에 관한 것이다.

이러한 공정의 예는, 증기 분해(cracking), 상이한 개질(reforming) 공정, 특히 증기 개질, 건식 개질(이산화탄소 개질), 혼합 개질 공정, 알칸의 탈수소화 공정 등이다. 증기 분해에서, 반응 튜브는, 반응기에서 적어도 하나의 U-곡부(bend)를 갖는 튜브 코일의 형태로 반응기를 통해 안내되고, 일반적으로 U-곡부 없이 반응기를 통해 연장되는 튜브가 증기 개질에 사용된다.

본 발명은 이러한 모든 공정 및 반응 튜브의 실시예에 적합하다. 단지 예시적으로, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry의 기사 "Ethylene", "Gas Production" 및 "Propenes"(예를 들어 2009년4월15일 공개) DOI: 10.1002/14356007.a10_045.pub2,(2006년12월15일)DOI:10.1002/14356007.a12_169.pub2(2000년 6월 15일) DOI: 10.1002/14356007.a22_211를 참조한다.

대응하는 반응기의 반응 튜브는 통상적으로 버너를 사용하여 가열된다. 반응 튜브는, 버너도 배치되어 있는 연소실을 통해 안내된다.

그러나, 예를 들어, DE 10 2015 004 121 A1(마찬가지로 EP 3 075 704 A1)에 기재되어 있는 바와 같이, 감소된 국부적 이산화탄소 배출이 없이 또는 그러한 배출을 가지고 생성되는 합성 가스 및 수소에 대한 수요가 현재 증가하고 있다. 그러나, 발화된 반응기가 사용되는 공정은 일반적으로 화석 에너지 운반체(carrier)의연소로 인해 이러한 수요를 충족할 수 없다. 예를 들어, 다른 공정은 높은 비용으로 인해 거부된다. 이는 알칸의 증기 분해 또는 탈수소화에 의한 올레핀 및/또는 기타 탄화수소의 제공에 대해서도 마찬가지다. 그러한 경우에도, 적어도 현장에서 더 적은 양의 이산화탄소를 방출하는 공정에 대한 요망이 있다.

이를 배경으로 하여, 인용된 DE 10 2015 004 121 A1은 소성(firing)에 추가로 증기 개질을 위한 반응기의 전기 가열을 제안한다. 여기서는, 3개의 외부 전도체에 3-상(phase) 교류 전압을 제공하는 하나 이상의 전압 공급원이 사용된다. 각 외부 전도체는 반응 튜브에 연결된다. 스타 연결이 형성되며, 이 스타 연결에서, 튜브 라인이 개방되고 반응 튜브가 전도적으로 연결되는 수집기에 의해 스타 포인트가 실현된다. 이렇게 해서, 수집기는 이상적으로 전위가 없는 상태를 유지한다. 수직과 관련해서, 수집기는 연소실의 아래에 그리고 외부에 배치되며, 바람직하게는 반응기 튜브에 대해 횡으로 또는 수평을 따라 연장된다. WO 2015/197181 A1은 마찬가지로 반응 튜브가 스타 포인트 연결로 배치되는 반응기를 개시한다. WO 2020/035575 A1는 적어도 하나의 직류에 의해 유체를 전기적으로 가열하기 위한 장치에 관한 것이다. DE 10 2011 077 970 A1은 부식성 가스의 온도 처리를 위한 전기 전도성 가열 요소(처리실에 배치됨)를 갖는 장치에 관한 것이다.

전기적으로 가열된 반응 튜브를 갖는 이러한 반응기의 작동 동안에, 한편으로 반응 튜브의 전기적 특성(저항)의 변화가 발생할 수 있고, 다른 한편으로는, 반응 생성물의 양 및/또는 조성의 변화가 요망될 수 있다. 그러므로, 목적은, 반응기의 작동 조건 또는 그 반응기로 수행되는 화학 반응의 반응 파라미터를 작동중의 그러한 변화에 적합하게 할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 특히, 외부 전도체에 다상 AC 전압을 사용할 때 전기 기술적 작동 조건을 그러한 변화에 적합하게 할 수 있게 하는 목적도 있다.

이 목적은 독립 청구항의 특징을 갖는, 화학 반응을 조절 가능하게 수행하기 위한 방법 및 장치로 달성된다.

화학 반응은, 공정 유체, 즉 반응물을 갖는 유체(전형적으로 가스 또는 가스 혼합물)가 전달되는 여러 개의 반응 튜브에서 진행된다. 반응 튜브의 튜브 섹션은 전기적으로 가열 가능하며, 튜브 섹션은 전력 연결부로 하나(또는 여러 개)의 제어 가능한 전력 공급원 또는 전압 공급원에 연결되며, 그 전력 공급원 또는 전압 공급원에서 전기 가열을 위한 전류 또는 전압이 제공된다. 전압은 다상 AC 전압의 위상으로 제공된다. 본 발명에 따르면, 전력 연결부에 인가되는 전압은 특히 개별적으로 변경될 수 있다. 이리하여, 한편으로, 전기적 특성을 변화시키는 경우에, 튜브 섹션에서의 가열 전력을 일정하게 유지할 수 있다. 전기적 특성의 변화는, 예를 들어, 전류 전달 부품의 전자기장으로 인한 유도 효과, 반응기 내의 가변적인 온도, 작동 중에 형성된 코크스 층, 반응의 변하는 흡열/발열의 결과로 인한 가변적인 열 수요, 또는 제조 공차 또는 재료 변화에 의해 일어날 수 있다. 다른 한편으로, 가열 전력은 특히 공정 온도에 의존하는 반응 생성물의 조성의 적합화를 가능하게 하기 위해 목표된 방식으로 변화될 수 있다. 또한, 제어되는 조성의 경우에 반응 생성물의 양을 조정할 수 있도록 가열 전력을 목표된 방식으로 변화시킬 수도 있다.

화학 반응은, 증기 분해, 증기 개질, 건식 개질(이산화탄소 개질), 프로판의 탈수소화, 일반적으로 적어도 부분적으로 500℃ 이상에서 수행되는 탄화수소와의 반응 중의 하나를 포함한다. 더 일반적으로, 화학 반응은 적어도 부분적으로 200℃ 내지 1,700℃, 특히 300℃ 내지 1,400℃ 또는 400℃ 내지 1100℃ 범위의 온도에서 진행되는 화학 반응일 수 있다. 화학 반응은, 바람직하게는, 적어도 부분적으로 적어도 500℃, 더 바람직하게는 적어도 700℃의 온도, 특히 적어도 부분적으로는 500℃ 또는 700℃ 내지 1100℃의 온도 범위에서 진행되는 화학 반응이다. 따라서, 제공되는 전압/전류는 대응하는 가열 전력을 제공하는 데에 적합하다. 반응기 및 전력 공급원은 마찬가지로 이러한 온도에서 화학 반응을 수행하고 또한 대응하는 가열 전력을 제공하도록 구성된다.

더 구체적으로, 반응기에는, 다수의 전기 가열 가능한 튜브 섹션을 갖는 여러 개의 반응 튜브가 제공되며, 여러 개의 전력 연결부가 제공되며, 각 전력 연결부는 전류 입력 영역에서 적어도 하나의 튜브 섹션에 연결되며, 적어도 하나의 연결 요소가 전류 출력 영역에 제공되며, 각 튜브 섹션은 연결 요소에 연결된다. 구체적으로, 반응기에서 화학 반응을 조절 가능하게 수행하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 여러 개의 반응 튜브를 통해 공정 유체를 전달하는 단계, 및 여러 개의 전력 연결부에 여러 개의 가변 전압을 제공하는 단계(여러 개의 전압은 다상 AC 전압의 위상으로서 제공되어 적어도 하나의 연결 요소가 스타 포인트(연결 요소 스타 포인트)를 형성함), 여러 개의 전압을 설정하는 단계, 하나 이상의 측정 변수를 검출하는 단계, 및 검출된 측정 변수의 측정 값이 측정 변수의 미리 결정된 값 또는 값 범위에 대응하도록 여러 개의 설정 전압을 변경하는 단계를 포함한다.

이 경우에 여러 개의 제공되는 전압은 하나 이상의 미리 결정된 전압 범위에 있고, 이는, 전기 가열되는 튜브 섹션에 전달되는 가열 전력에 대응하고 튜브 섹션에서 화학 반응을 가능하게 하는데, 즉 튜브 섹션을 적절한 온도로 가열한다.

이러한 측정 변수를 검출하는 측정 장치 및 그의 배치는 본 발명에 따른 장치의 실시예와 관련하여 설명된다. 전력 연결부에서의 전압의 변경 또는 제어는 측정 장치에 의해 검출되는 측정 변수의 측정 값의 함수로 일어난다. 이 변경은, 측정 값이 측정 변수의 특정 값 또는 값 범위에 대응하도록 일어난다. 여기서 "대응"이라는 말은, 측정 값이 특정 값과 같거나 가능한 한 가깝거나 또는 특정 값 범위에 있음을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 특히, 그래서 제어 루프가 구현되며, 여기서 전압은 피조작 변수로 간주될 수 있고 측정 변수는 제어 변수로 간주될 수 있다.

전압 또는 대응하는 전류는 교류 전압 또는 교류 전류로서 제공된다. 전류 입력은, 전력 연결부에 할당된 M개의 개별적으로 연결된 상(phase)을 통해 직접 가열되는 반응 튜브 또는 그의 튜브 섹션 안으로 다상 교류의 형태로 일어난다(따라서 각 전력 연결부는 상들 중의 하나에 연결됨). 전력 연결부를 통해 M개의 상에 연결되는 전류 전달 반응 튜브 또는 튜브 섹션은 유리하게도 (전류 출력 영역에 있는) 연결 요소에 의해 스타 포인트에서 마찬가지로 전기 전도적으로 연결된다. 상의 수 M은 특히 3이며, 이는 종래의 3-상 교류 공급원 또는 3-상 교류 공급 그리드의 상의 수에 대응한다. 그러나, 원리적으로, 본 발명은 3개의 상의 사용에 제한되지 않고, 상이한, 특히 더 큰 상의 수(예컨대, 2, 4, 5, 6, 7 또는 8의 상의 수)로 사용될 수도 있다. 위상 오프셋은 특히 360°/M이며, 즉 3-상 교류의 경우에 120°이다. 다상 교류의 이점은, 부하가 실질적으로 대칭일 때 스타 포인트에서의 상의 전류들이 서로를 상쇄하며 그래서 전압 공급부 또는 전력 공급원으로의 전기적 복귀 전류가 없거나 단지 약간만 발생한다는 것이다. 따라서 전압은 다상 AC 전압의 위상으로 제공된다. 따라서, 이 목적을 위해 사용되는 전력 공급원은 바람직하게는 다상 교류 공급원이다.

바람직하게는, 측정 변수는 적어도 하나의 온도, 적어도 하나의 전류 세기, 및/또는 적어도 하나의 물질 조성 중의 하나 이상을 포함한다. 그 결과, 화학 반응의 제어는 적어도 하나의 공정 온도, 적어도 하나의 가열 전력(전류 세기에 따라 다름) 또는 반응 생성물 또는 원래 반응물의 적어도 하나의 조성(즉, 튜브 입구 또는 튜브 출구에서 공정 유체의 물질 조성)의 함수로 일어날 수 있다. 따라서, 대응하는 요구되는 값/범위가 얻어질 수 있다.

여러 개의 전압이 동일한 방식으로 변경될 수 있는데, 즉, 서로 독립적으로가 아니라 함께 변경된다. 바람직하게는, 여러 개의 전압은 서로 독립적으로 변경되며, 즉 각 전압은 다른 전압과 독립적으로 개별적으로 설정될 수 있다.

바람직하게는, 하나 이상의 측정 변수는, 여러 개의 반응 튜브의 튜브 출구에서 측정되는, 공정 유체의 튜브 출구 온도, 및/또는 여러 개의 반응 튜브의 튜브 출구에서 측정되는, 공정 유체의 물질 조성 중의 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 더 바람직하게는, 측정된 튜브 출구 온도 및/또는 측정된 물질 조성이 미리 결정된 튜브 출구 온도 및/또는 미리 결정된 물질 조성과 같거나 가능한 한 가깝도록 또는 미리 결정된 값 범위 내에 있도록 여러 개의 전압이 변경된다. 반응 생성물의 조성은, 특히, 화학 반응이 진행되는 공정 온도(이의 튜브 출구 온도가 척도임)에 의존하고 따라서 제어 기술 측면에서 그 공정 온도를 통해 직접적으로 영향을 받을 수 있다. 전압 및 따라서 가열 전력을 변경함으로써, 반응 생성물의 특정 원하는 조성이 얻어질 수 있다. 여러 개의 반응 튜브가 존재하는 경우, 측정 변수는 그에 따라 여러 개의 튜브 출구 온도 및/또는 튜브 출구에서의 여러 개의 물질 조성을 포함할 수 있다. 하나 이상의 튜브 입구에서 측정되는 대응하는 온도 또는 물질 조성을 측정 변수로서 추가로 또는 대안적으로 사용하는 것이 또한 가능한데, 즉, 측정 변수는 하나 이상의 튜브 입구 온도 및/또는 하나 이상의 튜브 입구 물질 조성을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 반응 튜브 상의 하나 이상의 중간 위치에서 측정되는 대응하는 온도를 측정 변수로서 추가로 또는 대안적으로 사용하는 것이 가능한데, 즉, 측정 변수는 하나 이상의 반응 튜브 상의 하나 이상의 중간 위치 온도를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 하나 이상의 측정 변수는 다양한 전력 연결부에 연결되는 튜브 섹션에서 측정되는 2개 이상의 튜브 섹션 온도, 또는 다양한 전력 연결부에서 측정되는 2개 이상의 전력 연결부 전류 세기 중의 하나 또는 모두를 포함한다. 더 바람직하게는, 측정된 튜브 섹션 온도가 미리 결정된 튜브 섹션 온도에 대응하고 그리고/또는 다양한 전력 연결부에 연결되는 튜브 섹션에서의 전력 출력(전류 세기로부터 계산됨)이 미리 결정된 전력 출력에 대응하도록 다양한 전력 연결부에서의 여러 개의 전압이 제어된다. 이리하여, 상이한 강도의 가열 전력을 상이한 전력 연결부에 연결된 튜브 섹션에 공급할 수 있으며, 그래서, 특히, 이들 상이한 튜브 섹션에서 상이한 온도가 설정될 수 있다. 여기서, 증가된 복귀 전류가 중립 전도체를 통해 생길 수 있다.

단일 반응 튜브(튜브 코일)의 상이한 튜브 섹션이 상이한 전력 연결부에 연결되면, 반응 튜브를 따른 원하는 가열 전력 프로파일 또는 온도 프로파일 생성될 수 있다. 바람직하게는, 따라서 본 방법은, 이들 튜브 섹션에 상이한 가열 전력을 공급하기 위해 반응 튜브의 상이한 튜브 섹션(상이한 전력 연결부에 연결됨)에서 상이한 전압을 설정을 하는 것을 포함한다.

바람직하게는, 하나 이상의 측정 변수는, 중립 전도체에서 측정되는 중립 전도체 전류 세기 또는 다양한 전력 연결부에서 측정되는 2개 이상의 전력 연결부 전류 세기 중의 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 더 바람직하게는, 전압은, 중립 전도체 전류 세기가 최소화되고 그리고/또는 상대 위상을 고려하여 계산되는 전력 연결부 전류 세기의 합이 최소화되도록 변경된다. 다시 말해, 중립 전도체 전류 세기 또는 전력 연결부 전류 세기의 합은 가능한 한 0의 전류 세기 값에 대응해야 한다. 두번째 가능성은, 중립 전도체가 제공되지 않을 때 특히 유리하다. 분명히, 이러한 전압 변화는, 화학 반응이 진행되기에 적합하거나 필요한 가열 전력에 대응하는 특정한 전압 범위 내에서만 일어날 수 있다(따라서 전압은 특히 0으로 설정되지 않음). 전기적으로 가열되는 튜브 섹션을 통해 비대칭 부하가 발생하는 경우(예를 들어, 다양한 튜브 섹션이 다양한 전기 저항을 가질 때), 이는 이 실시예에 의해 적어도 부분적으로 보상될 수 있다.

공정 유체의 화학 반응을 조절 가능하게 수행하기 위한 본 발명에 따른 장치는, 다수의 전기 가열 가능한 튜브 섹션을 갖는 여러 개의 반응 튜브를 갖는 반응기(여러 개의 전력 연결부가 제공되고, 각 전력 연결부는 전류 입력 영역에서 적어도 하나의 튜브 섹션에 연결되며, 적어도 하나의 연결 요소가 전류 출력 영역에 제공되고, 각 튜브 섹션이 연결 요소에 연결되어 그 연결 요소가 스타 포인트를 형성하게 됨(연결 요소 스타 포인트)); 여러 개의 전력 연결부에서 여러 개의 가변 전압을 제공하도록 구성되고, 다상 교류 전압의 위상으로서 여러 개의 전압을 제공하는 적어도 하나의 제어 가능한 전력 공급원(교류 공급원); 하나 이상의 측정 변수를 검출하도록 구성된 하나 이상의 측정 장치; 및 통신을 위해 적어도 하나의 전력 공급원 및 하나 이상의 측정 장치에 연결되고 하나 이상의 측정 변수의 함수로 적어도 하나의 전력 공급원을 제어하도록 구성된 제어 장치를 포함한다. 여기서, 동일한 전력 공급원의 다양한 상에 연결되는 튜브 섹션은 동일한 연결 요소에 연결되어야 한다. 전압의 변화는 (여기서, 또한 전술한 방법에서) (전압) 진폭 자체의 변화(예를 들어, 가변 변압기에 의한) 및/또는 예컨대 위상각 제어 또는 파 패킷(wave packet) 제어(특히, 전파(full wave) 제어)에 의해 시간에 따라 평균화된(특히, 평균 제곱근으로) 진폭의 변화로 이루어질 수 있다.

제어 장치는 전술한 또는 추가 설명에서 설명되는 방법 중의 하나를 수행하도록 구성된다. 특히, 화학 반응은 증기 분해, 증기 개질, 건식 개질, 프로판의 탈수소화, 적어도 부분적으로 500℃ 이상에서 수행되는 탄화수소와의 반응 중의 하나이다(즉, 반응기는 이러한 화학 반응 중의 하나를 수행하도록 구성됨).

바람직하게는, 하나 이상의 측정 장치는, 더 바람직하게는 적어도 하나의 튜브 섹션의 온도 및/또는 적어도 하나의 튜브 입구 및/또는 적어도 하나의 튜브 출구 및/또는 적어도 하나의 튜브 섹션에서의 공정 유체의 온도를 측정하도록 구성된 하나 이상의 온도 센서, 더 바람직하게는 적어도 하나의 전력 연결부 및/또는 중립 전도체(연결 요소를 전력 공급원의 스타 포인트에 연결함)에서의 전류 세기를 측정하도록 구성된 하나 이상의 전류 센서, 또는 더 바람직하게는 적어도 하나의 튜브 입구 및/또는 적어도 하나의 튜브 출구에서의 공정 유체의 물질 조성을 측정하도록 구성된 하나 이상의 물질 조성 센서 중의 하나 이상을 포함한다.

전압은 동일한 방식으로 함께 변할 수 있으며(즉, 전력 공급원이 그에 따라 구성됨), 여기서 적어도 하나의 전력 공급원은 바람직하게는 전압을 변경할 수 있는 전력 제어기, 특히 사이리스터 전력 제어기를 포함한다. 대안적으로, 그리고 더 바람직하게는, 전압은 서로 독립적으로 변할 수 있으며, 적어도 하나의 전력 공급원은 바람직하게는 각 전압에 대해 가변 변압기를 포함하고, 이 가변 변압기에 의해 전압이 서로 독립적으로 변경될 수 있다. 더욱이, 대안적으로 또는 전력 제어기 및/또는 가변 변압기에 추가로, 동일한 기능을 구현하는 전력 전자 장치, 예를 들어 소위 유연한 교류 전송 시스템(FACTS)이 제공될 수 있다.

하나 이상의 측정 장치는, 공정 유체의 하나 이상의 온도(튜브 출구 온도)를 측정하기 위해 여러 개의 반응 튜브의 튜브 출구에 배치되는 하나 이상의 온도 센서, 또는 공정 유체의 하나 이상의 물질 조성을 측정하기 위해 여러 개의 반응 튜브의 튜브 출구에 배치되는 하나 이상의 물질 조성 센서 중의 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 대안적으로 또는 추가로, 튜브 입구 온도 또는 튜브 입구 물질 조성을 측정하기 위해, 하나 이상의 온도 센서 및/또는 하나 이상의 물질 조성 센서가 마찬가지로 여러 개의 반응 튜브의 튜브 입구에 배치될 수 있다.

바람직하게는, 하나 이상의 측정 장치는 다양한 전력 연결부에 연결되는 튜브 섹션에 배치되는 2개 이상의 튜브 섹션 온도 센서, 또는 다양한 전력 연결부에 배치되는 2개 이상의 전력 연결부 전류 센서 중의 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 이들 측정 장치로, 특히 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 방법에서 사용될 수 있는 튜브 섹션 온도 및/또는 전력 연결부 전류 세기를 측정하는 것이 가능하다. 따라서 제어 장치는 튜브 섹션의 온도 및/또는 그 튜브 섹션에 전달되는 가열 전력을 조절하도록 구성된다. 적어도 하나의 전력 공급원이 서로 독립적으로 다양한 전력 연결부에서 전압을 제공할 수 있는 경우, 상이한 튜브 섹션의 온도 또는 그 튜브 섹션에 전달되는 가열 전력은 서로 독립적으로 조절될 수 있는데, 즉 서로 다른 값/값 범위로 설정될 수 있다.

바람직하게는, 적어도 하나의 전력 공급원은 서로 독립적으로 전압을 제공하도록 구성되고, 하나 이상의 측정 장치는, 연결 요소에 연결되는 중립 전도체에 배치되는 중립 전도체 전류 센서, 또는 다양한 전력 연결부에 배치되는 여러 개의 전력 연결부 전류 센서 중의 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 이들 센서로, 특히 중립 전도체 전류 세기 및/또는 전력 연결부 전류 세기를 측정할 수 있다. 더 바람직하게는(방법과 관련하여 이미 언급한 바와 같이), 제어 장치는, 중립 전도체 전류 세기 및/또는 전력 연결부 전류 세기의 합(위상을 고려하여 계산됨)이 최소화되는 전압이 전력 연결부에 제공되도록 적어도 하나의 전력 공급원을 제어하도록 구성된다. 원리적으로, 이리하여, 중립 전도체에 의해 연결되는 요소들 사이, 즉 연결 요소와 적어도 하나의 전력 공급원의 스타 포인트 사이에 등전위가 형성된다. 특히, 그리하여, 본 발명에 따른 장치가 설치되고 튜브 입구 및 튜브 출구에서 반응 튜브를 통해 전기 전도적으로 연결되는 생산 시스템 안으로 외부 전류가 흐르고 전기적 교란 또는 관련 위험을 유발하는 위험이 가능하다.

본 출원의 범위 내에서, "연결되는", "연결" 등의 용어는, 달리 언급되지 않는 한, 전기 전도성 연결의 의미로 이해되어야 한다.

튜브 섹션의 본 발명에 따른 전기적 가열에 추가로, 본 방법 또는 장치는 또한 예를 들어 화석 연료에 의한 반응 튜브의 비전기적 가열을 제공할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 전력 연결부에 인가되는 전압을 제어하여 화학 반응 수행의 조절이 이루어진다.

본 발명은 먼저 증기 분해 또는 증기 개질에 사용되는 반응 튜브 및 반응기를 참조하여 아래에서 설명된다. 그러나, 본 발명은 다른 유형의 반응기에서도 사용될 수 있다. 일반적으로, 언급한 바와 같이, 본 발명에 따라 제안된 반응기는 모든 흡열 화학 반응을 수행하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 더 바람직한 실시예에 따른 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 장치에서 바람직한 실시예에 따라 사용될 수 있는 전력 공급원을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 장치에서 바람직한 실시예에 따라 사용될 수 있는 다른 전력 공급원을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 한 실시예에 따른 흐름도를 나타낸다.

도면에서, 구조적으로 또는 기능적으로 서로 대응하는 요소는 동일하거나 유사한 참조 부호로 표시되며, 명확성을 위해 반복해서 설명되지 않는다. 장치의 구성 요소가 아래에서 설명되는 경우, 대응하는 설명은 또한 각 경우에 그 장치로 수행되는 방법에 관한 것이고, 그 반대도 마찬가지다. 도면의 설명은 반복적으로 교류 가열에 대한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 한 실시예에 따른 화학 반응을 수행하기 위한 장치에를 개략적으로 도시한다.

장치는 화학 반응을 수행하도록 구성된 반응기(여기서 "100"으로 표시됨)를 포함한다. 이를 위해, 그 반응기는 특히 열절연 반응기 용기(10)를 통해 튜브 입구(22)로부터 튜브 출구(23)까지 이어지는 반응 튜브(20)를 가지며, 반응 튜브(20)의 다수의 튜브 섹션(24)(여기서는, 2개의 경우에만 "24"로 표시되어 있음)이 각 경우에 반응기 용기(10)의 전류 입력 영역(11)과 전류 출력 영역(12) 사이에 이어져 있다. 튜브 섹션(24)은 반응 튜브(20)의 일부분을 형성하고, 이는 전류 입력 영역(11) 및 전류 출력 영역(12)에서 반응 튜브의 만곡 부분(보다 정확하게는, 전류 입력 영역(11)에 있는 제1 U-곡부(26) 및 전류 출력 영역(12)에 있는 제2 U-곡부(27))를 통해 각각 서로에 유체 연결되며, 그래서 공정 유체가 튜브 입구(22)로부터 튜브 출구(23)로 전달될 수 있는 튜브 코일이 형성된다. 여기서, 반응 튜브(20)는 예를 들어 적절한 서스펜션 수단(13)으로 지지 구조물(더 상세히는 나타나 있지 않음)에 체결되며, 원리적으로, 반응 튜브를 위한 다르게 설계된 유지 구조물도 생각할 수 있다. 여기서 그리고 아래에서, 각 경우에 여러 개의 반응 튜브가 제공될 수 있음을 이해할 것이다.

반응 튜브(들)에 사용되는 재료는 반응 튜브(들)의 전기 가열에 적합한 전기 전도성을 갖는 재료, 예를 들어 내열성 강 합금, 특히 내열성 크롬-니켈-강 합금이다. 이러한 강 합금은 마찬가지로 전력 연결부(이를 통해 전류가 반응기 용기에 전달됨) 및 연결 요소(적어도 부분적으로 반응기 용기에 배치됨)에 사용될 수 있다. 예를 들어, DIN EN 10027, Part 1, "Materials"에 따른 표준 지정 GX40CrNiSi25-20, GX40NiCrSiNb35-25, GX45NiCrSiNbTi35-25, GX35CrNiSiNb24-24, GX45NiCrSi35-25, GX43NiCrWSi35-25-4, GX10NiCrNb32-20, GX50CrNiSi30-30, G-NiCr28W, G-NiCrCoW, GX45NiCrSiNb45-35, GX13NiCrNb45-35, GX13NiCrNb37-25, 또는 GX55NiCrWZr33-30-04을 갖는 재료가 사용될 수 있다.

전력 입력 영역(11)에서 튜브 섹션(24)의 전기 가열을 위해, 튜브 섹션(24)은 각 경우에 다상 전력 공급원(50), 즉 교류 공급원의 상(phase) 연결부(U, V, W)에 전기 전도적으로 연결되거나 전기적으로 연결가능하다(하나의 전력 공급원이 아래에서 설명되지만 여러 개의 전력 공급원이 제공될 수도 있고, 따라서 전력 공급원은 적어도 하나의 전력 공급원의 의미로 이해되어야 하며, 여기서 설명은 모든 전력 공급원에 적용됨). 스위치 등은 물론 특정 유형의 연결부는 도시되어 있지 않다. 튜브 섹션(24)은 전력 입력 영역(11)에서 전력 연결부(40)에 연결되며, 각 전력 연결부(40)에는, 각각의 전력 연결부가 연결되는 하나 이상의 튜브 섹션(도 1에서는 2개)이 각각 할당된다.

전력 공급원(50)은 전력 연결부(40)에서 가변 전압을 제공하도록 제어 가능하고 구성된다. 이를 위해, 전력 공급원(50)의 상 연결부(U, V, W)는 전력 연결부(40)에 연결된다. 도 1에 따른 실시예에서, U-곡부 및 튜브 섹션이 반응 튜브의 일부분을 형성하기 때문에, 전력 연결부(40)는 제1 U-곡부(26)에 연결되고, 이 곡부는 튜브 섹션(24)에 연결된다. 이 실시예에서, 전력 연결부와 튜브 섹션 사이의 전기적 연결은 U-곡부를 통해 간접적으로 생성된다. 그러나, 이와는 달리, 전력 연결부를 튜브 섹션에 직접 연결하는 것도 마찬가지로 가능하다(예를 들어, 도 2의 실시예 참조요).

여기에 도시된 본 발명의 실시예에서, 튜브 섹션(24)은 전력 출력 영역(12)에서 연결 요소(42)에 의해 서로에 전기 전도적으로 연결되며, 그 연결 요소는 하나 이상의 반응 튜브(20)에 연결되고 반응기 용기(10) 내부에 배치된다. 중립 전도체(44) 및/또는 접지부(46)가 또한 그에 연결될 수 있다. 중립 전도체(44)는 전력 공급원(50)의 대응 연결부, 예를 들어, 전력 공급원의 스타 포인트에 연결된다. 전류 입력 영역(11)에서 튜브 섹션(24)에 공급되는 전류는 다시 튜브 섹션(24)으로부터 전류 출력 영역(12)에 전달된다. 회로 측면에서, 연결 요소(42)는 스타 포인트를 형성하며, 이 스타 포인트에서는, 전압 공급부(50)에 의한 위상 이동 전류(예를 들어, 소위 교류 전류)의 적절한 공급 및 튜브 섹션(24)에 의한 대칭 부하로, 전류 또는 전압은 서로를 상쇄하며, 그래서 이 경우 전류가 중립 전도체(44)를 경유하여 전력 공급원 및/또는 접지부(46)에 흐르지 않는다.

또한, 제어 장치(60)가 제공되는데, 이 제어 장치는 통신을 위해 예컨대 제어 라인(52)을 통해 전력 공급원(50)에 연결되며(그러나, 유선 또는 무선 연결도 제공될 수 있음) 그 전력 공급원(50)을 제어하도록 구성되며, 특히, 전력 공급원(50)에 의해 전력 연결부(40)에 인가되는 전압이 제어될 수 있다. 이를 위해, 제어 장치(60)는 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된다. 제어 장치(60)(또는 이 제어 장치에 의해 실행되는 방법)는, 하나 이상의 측정 장치에 의해 검출되는 측정 변수의 함수로 이러한 제어를 수행한다.

특히, 온도 센서, 물질 조성 센서 및 전류 센서가 측정 장치로 사용될 수 있다. 도 1에서, 사용될 수 있는 복수의 그러한 측정 장치가 예로서 나타나 있다. 측정 장치는 통신 또는 데이터 전송을 위해 유선 또는 무선 연결을 통해 제어 장치(60)에 연결되며, 그래서 측정 장치에 의해 검출된 측정 변수가 제어 장치에 전송될 수 있다. 명확성을 위해 이러한 연결은 도면에 나타나 있지 않다. 나타나 있는 모든 측정 장치가 제공되어야 하는 것은 아니고 다른 또는 추가적인 측정 장치(나타나 있지 않음)가 또한 제공될 수 있음을 언급해야 한다. 어떤 측정 장치가 제공되고 사용 가능한지는, 제어 장치에 의해 수행되는 방법에 어떤 특정 변수가 필요한지에 달려 있다.

도 1은 다음과 같은 측정 장치, 즉 튜브 출구(23)에 있는 온도 센서(62)(이 온도 센서는 튜브 출구에서 공정 유체의 온도를 측정함); 튜브 출구(23)에 있는 물질 조성 센서(64)(이 센서는 튜브 출구에서 공정 유체의 조성 또는 공정 유체 내의 특정 물질의 비율을 측정함); 온도 센서(63)(하나에만 참조 부호가 제공되어 있음)(이 센서는 각각의 튜브 섹션의 온도를 측정하기 위해 튜브 섹션(24)에 배치됨); 중립 전도체에 흐르는 전류(즉, 연결 요소(42)와 전력 공급원(50) 사이의 전류)의 전류 세기를 측정하기 위해 중립 전도체(44)에 있는 전류 센서(66); 전력 연결부를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위해 전력 연결부에 있는 전류 센서(67)를 나타낸다.

추가로 또는 대안적으로, 다음과 같은 측정 장치(나타나 있지 않음), 예컨대, 튜브 입구(22)에 있는 온도 센서(이 온도 센서는 튜브 입구에서 공정 유체의 온도를 측정함); 튜브 입구(22)에 있는 물질 조성 센서(이 센서는 튜브 입구에서 공정 유체의 조성 또는 공정 유체 내의 특정 물질의 비율을 측정함); 튜브 섹션의 사이의 반응 튜브 온도를 측정하기 위해 튜브 섹션(24) 사이에 있는 반응 튜브(20)의 일부분, 예컨대 제1 또는 제2 U-곡부(26, 27)에 있는 온도 센서가 또한 제공될 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 장치의 대안적인 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서, 반응기(200)는 여러 개의 반응 튜브(20a, 20b, 20c)를 가지며, 각 반응 튜브는 전기적으로 가열 가능한 튜브 섹션(24a, 24b, 24c)을 갖는다. 반응 튜브는 열절연 반응기 용기(10)를 통과하고 각기 처리될 공정 유체를 위한 튜브 입구(22a, 22b, 22c) 및 튜브 출구(23a, 23b, 23c)를 갖는다. 추가 구성의 경우, 도 1과 관련된 진술이 적용 가능한 범위까지 다시 적용되며, 특히, 반응 튜브는 다시 열절연 반응기 용기(10)를 통과하며, 여기서 튜브 섹션은 반응기 용기 내에 위치된다.

튜브 섹션(24a, 24b, 24c)은 전류 입력 영역(11)에서 예를 들어 슬리브(41)에 의해 전력 연결부(40)에 연결된다. 전력 연결부(40)는 전력 공급원(50)에 연결되며, 이 전력 공급원은 전력 연결부(40)에 가변 전압을 제공하도록 제어 가능하고 구성된다.

또한, 튜브 섹션(24a, 24b, 24c)은 전류 출력 영역(12)에서 연결 요소(42)에 전기 전도적으로 연결되며, 그래서 튜브 섹션이 거기서 서로에 전도적으로 연결된다. 연결 요소(42)는 다시 접지부(46) 및/또는 중립 전도체(44)에 연결될 수 있으며, 중립 전도체(42)는 전력 공급원(50)의 대응하는 연결부에 연결된다.

마찬가지로, 제어 장치(60)가 제공되며, 이 제어 장치는 통신을 위해 유선 또는 무선 방식으로(예컨대, 제어 라인(52)을 통해) 전력 공급원(50)에 연결되며,그래서 제어 장치(60)는 전력 공급원(50)을 제어할 수 있다. 측정 장치, 특히 온도 센서, 물질 조성 센서 및 전류 센서에 의해 검출된 측정 변수가 다시 제어에 사용된다.

예로서, 도 2는 대응하는 측정 변수를 검출하기 위해 사용될 수 있는 여러 측정 장치를 다시 나타낸다. 그 측정 장치는 통신 또는 데이터 전송을 위해 유선 또는 무선 연결을 통해 제어 장치(60)에 연결되며, 그래서 측정 장치에 의해 검출된 측정 변수가 제어 장치에 전송될 수 있다. 명확성을 위해 이러한 연결은 도면에 나타나 있지 않다. 나타나 있는 모든 측정 장치가 제공되어야 하는 것은 아니고 추가적인 측정 장치(나타나 있지 않음)가 또한 제공될 수 있음을 언급해야 한다. 어떤 측정 장치가 제공되고 사용 가능한지는, 제어 장치에 의해 수행되는 방법에 어떤 특정 변수가 필요한지에 달려 있다.

도 2는 다음과 같은 측정 장치, 즉 튜브 출구(23a, 23b, 23c)에 있는 온도 센서(62a, 62b, 62c)(이 온도 센서는 튜브 출구에서 공정 유체의 온도를 측정함); 튜브 출구(23a, 23b, 23c)에 있는 물질 조성 센서(64a, 64b, 64c)(이 센서는 튜브 출구에서 공정 유체의 조성 또는 공정 유체 내의 특정 물질의 비율을 측정함); 온도 센서(63a, 63b, 63c)(이 센서는 각각의 튜브 섹션의 온도를 측정하기 위해 튜브 섹션(24a, 24b, 24c)에 배치됨); 중립 전도체에 흐르는 전류(즉, 연결 요소(42)와 전력 공급원(50) 사이의 전류)의 전류 세기를 측정하기 위해 중립 전도체(44)에 있는 전류 센서(66); 전력 연결부를 통해 흐르는 전류를 측정하기 위해 전력 연결부(40)에 있는 전류 센서(67)를 나타낸다.

추가로 또는 대안적으로, 다음과 같은 측정 장치(나타나 있지 않음), 예컨대, 튜브 입구(22a, 22b, 22c)에 있는 온도 센서(이 온도 센서는 튜브 입구에서 공정 유체의 온도를 측정함); 및 튜브 입구(22a, 22b, 22c)에 있는 물질 조성 센서(이 센서는 튜브 입구에서 공정 유체의 조성 또는 공정 유체 내의 특정 물질의 비율을 측정함)가 또한 제공될 수 있다.

도 1 및 2는 본 발명에 따른 장치의 특정 실시예를 나타내며, 여기서, 특히, 반응 튜브의 특정 실시예 및 전력 공급원에 대한 그 반응 튜브의 연결이 각 경우에 나타나 있다. 그러나, 청구 범위(장치 청구 범위 및 방법 청구 범위 둘 다) 내에서, 반응 튜브의 다른 실시예 및 한 전력 공급원 또는 또한 여러 개의 전력 공급원에 대한 그 반응 튜브의 전기적 연결이 가능하다. 특히, 반응기는 여러 개의 튜브 코일을 포함할 수 있으며(도 1과 유사하게), 그 튜브 코일은, 예를 들어, 적층 방식으로 서로 평행하게 또한 거리를 두고 배치된다(도 1에서 시작하여, 도면에 수직하게).

(적층되어 있는) 이 세트의 튜브 코일은, 각기 전력 공급원에 할당되는 부분 세트로 분할될 수 있으며, 부분 세트가 단지 하나의 튜브 코일을 포함하는 분할 또는 (단일) 부분 세트가 모든 튜브 코일을 포함하는 분할이 가능하다. 그래서 연결부는 각각 하나의 부분 세트에 할당되며, 부분 세트의 튜브 코일의 튜브 섹션은 부분 세트에 할당된 연결부 중의 하나에 연결되며, 각 부분 세트는, 부분 세트에 할당된 연결부에 상이 연결되는 전력 공급원에 할당될 수 있다. 각 부분 세트에 대해, 마찬가지로 연결 요소가 제공되며, 이 연결 요소는 부분 세트의 튜브 섹션들을 연결하며, 또한, 각 개별적인 튜브 코일에 대해 하나의 연결 요소가 제공될 수 있다.

마찬가지로, 연결부와 튜브 코일 사이의 일대일 관계가 존재할 수 있는데(특히, U-형 튜브 코일의 경우), 즉 튜브 코일의 모든 튜브 섹션이 동일한 연결부에 각각 연결된다. 연결부는 각각 다양한 상 또는 전압에 연결되기 때문에, 튜브 코일의 수는 다양한 전압의 수 또는 그의 배수에 대응한다. 그래서 하나 이상의 연결 요소는 각각 다양한 튜브 코일의 튜브 섹션을 연결한다.

도 3은 전력 제어를 위해 사이리스터(thyristor) 전력 제어기를 사용하는 제어 가능한 전력 공급원(300)의 일 가능한 실시예를 나타낸다. 제어 가능한 전력 공급원은 입력측에서 전력 공급부, 예를 들어 전력 공급 네트워크에 대한 연결부를 가지며, 입력부(302u, 302v, 302w)가 AC 전압 공급부의 각 상(여기서는, 예를 들어 3개)에 대해 제공된다. 상대적으로 높은 전압, 전형적으로, 수백 내지 수천 볼트, 예컨대, 400 V, 690 V 또는 1.2 kV가 입력부에 인가된다. 출력측에서, 전력 공급원은 조절 가능한 반응기의 전력 연결부, 예를 들어 도 1 또는 2에 나타나 있는 반응기 중 하나의 전력 연결부(40)에 연결되는 출력부(304U, 304V, 304W)를 갖는다. 더욱이, 중립 전도체를 위한 연결부(304N)가 출력측에 제공된다.

전력 공급원(300)은 전력 제어기(306u, 306v, 306w)(여기서는, 사이리스터 전력 제어기)를 가지며, 입력부에 인가되는 전압은 그 전력 제어기에 의해 차단되거나 라인(310u, 310v, 310w)을 통해 고전류 변압기(308)에 전달될 수 있다. 다상 고전류 변압기(308)(여기서는, 예를 들어, 중립 전도체를 위한 연결부(304N)가 스타 포인트에 연결되는 델타/스타 구성으로 있음)는 입력부 사이에 인가되는 상대적으로 높은 전압을 더 낮은 전압으로 변환시키고, 동시에 튜브 섹션 안으로 공급되기에 적합한 더 높은 전류 세기가 얻어진다. 출력 전압은 바람직하게는 300 V 미만, 더 바람직하게는 150 V 이하, 더욱 더 바람직하게는 100 V 이하, 가장 바람직하게는 50 V 이하의 범위에 있다.

전력 제어기(306u, 306v, 306w)를 대응적으로 제어함으로써, 즉 입력부에 인가되는 전압을 (사이리스터에 의해) 교대로 차단하거나 고전류 변압기에 전달함으로써, 출력측에 전달되는 전력이 제어될 수 있다. 이를 위해, 작동 중에 펄스 폭 변조(PWM)가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 입력측에 인가되는 교류 전압의 전파(full wave)만이 전력 제어기에 의해 전달되는데, 즉 완전한 정현파가 스위칭되는 소위 펄스 그룹 작동 또는 전파 펄스가 제공된다. 이는 공급 네트워크에서의 전압 품질을 유지하기 위해 고조파 및 관련 필터 지출을 줄이는 역할을 한다.

전력 제어기는 제어 라인(나타나 있지 않음)을 통해 작동되며, 이 제어 라인에는, 외부적으로, 즉 제어 장치(60)에 의해 특정된 전압 요건에 근거하여 제어 신호가 가해진다.

도 4는 제어 가능한 전력 공급원(400)의 다른 가능한 실시예를 나타내며, 이 전력 공급원은 전력 제어를 위해 가변 변압기를 사용하고 출력부에서 전압의 상호 독립적인 변화를 허용한다. 제어 가능한 전력 공급원(400)은 입력측에서 전력 공급부, 예를 들어 전력 공급 네트워크에 대한 연결부를 가지며, 입력부(402u, 402v, 402w)가 AC 전압 공급부의 각 상(여기서는, 예를 들어 3개)에 대해 제공된다. 따라서, 상대적으로 높은 전압, 전형적으로, 수백 내지 수천 볼트, 예컨대, 400 V, 690 V 또는 1.2 kV가 입력부에 인가된다. 출력측에서, 전력 공급원은 조절 가능한 반응기의 전력 연결부, 예를 들어 도 1 또는 2에 나타나 있는 반응기 중 하나의 전력 연결부(40)에 연결되는 출력부(404U, 404V, 404W)를 갖는다. 더욱이, 중립 전도체를 위한 연결부(404N)가 출력측에 제공된다.

전력 공급원(400)은 가변 변압기(406u, 406v, 406w), 즉 출력측 전압이 특정 영역에서 또는 심지어 완전히, 즉 0∼100%로 제어 가능한 변압기를 포함한다. 가변 변압기의 출력 전압(대응적으로 요청되는 가열 전력의 경우에 비교적 높음)은 단상 고전류 변압기(408u, 408v, 408w)(라인(410u, 410v, 410w)을 통해 가변 변압기에 연결됨)에 의해 더 낮은 전압 또는 더 높은 전류 세기를 갖는 전류로 변환되며 출력부(404U, 404V, 404W)에서 고전류 변압기에 의해 제공된다. 출력 전압은 바람직하게는 300 V 미만, 더 바람직하게는 150 V 이하, 더욱 더 바람직하게는 100 V 이하, 가장 바람직하게는 50 V 이하의 범위에 있다. 여기서 중립 전도체를 위한 연결부(404N)는 각 고전류 변압기에 있는 대응하는 연결부에 연결된다.

여기서, 출력 전력은, 관련된 가변 변압기(406u, 406v, 406w)가 그에 따라 작동된다는 점에서, 즉 각각의 가변 변압기에서의 출력 전압이 그에 따라 설정된다는 점에서, 각 출력부(404U, 404V, 404W)에 대한 다른 출력 전력과는 독립적으로 제어될 수 있다. 전력 제어기는 다시 제어 라인(나타나 있지 않음)을 통해 작동되며, 이 제어 라인에는, 외부적으로, 즉 제어 장치(60)에 의해 특정된 전압 요건에 근거하여 제어 신호가 가해진다.

가변 변압기를 갖는 전력 공급원의 사용은, 각 개별적인 전압의 독립적인 제어 가능성에 외에 추가 이점을 갖는다. 첫째, 고조파 외에도, 저주파 전압 발진도 회피될 수 있다(전력 제어기를 갖는 실시예에서 스위칭 온/오프 프로세스로 인해 발생할 수 있음). 이러한 저주파 발진은 전자기력이 작용하는 반응 튜브의 공진 주파수의 범위에 있을 수 있기 때문에 불리하다. 또한, 적절한 가변 변압기를 사용하면, 전압을 0∼100%로 제어할 수 있는데, 이는, 예를 들어, 시작/중지 중에 또는 반응기의 부하 변화 중에 유용하며, 그리하여 스위치-온 전류도 마찬가지로 제한될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 방법의 기본적인 순서를 나타내며, 예를 들어, 도 1 또는 도 2에서 설명된 바와 같은, 본 발명에 따른 장치가 바람직하게 사용되며, 제어 장치는 본 방법을 수행하도록 구성된다. 본 방법 동안에, 가열될 공정 유체 또는 가열될 여러 공정 유체가 반응기의 하나 이상의 반응 튜브를 통해 전달된다(단계(502)).

단계(504)에서, 먼저 반응기의 전력 연결부에 전압 또는 전류가 제공된다. 이는 제어 가능한 전력 공급원에 의해 행해진다. 단계(506)에서, 전압은, 예를 들어, 전력 공급원에 연결되어 있고 이를 제어하는 제어 장치에 의해 특정 전압 값으로 설정된다.

단계(508)에서, 하나 이상의 측정 값이 검출되는데, 즉, 측정 변수(예를 들어, 온도, 전류 세기)의 측정 값(예를 들어, 온도 값, 전류 세기 값)이 검출된다. 따라서, 측정 값은 각각의 측정 시점에서의 측정 변수의 값이다. 이를 위해, 위에서 설명한 바와 같이(도 1, 2), 측정 장치가 제공된다.

단계(510)에서, 검출된 측정 값은 대응하는 측정 변수의 특정 값 또는 목표값과 비교한다. 검출된 측정 값이 측정 변수의 미리 결정된 값에 대응하는 지의 여부가 결정된다. 여기서, "대응"은 일반적인 의미로 이해되어야 하는데, 즉, 검출된 측정 값이 미리 결정된 값과 같거나 가능한 한 가깝거나 또한 그 미리 결정된 값 주위의 특정한 범위에 있음을 의미한다.

검출된 측정 값이 측정 변수의 미리 결정된 값에 대응하면, 측정 변수를 다시 측정하는데, 즉, 측정 값을 다시 검출하며, 따라서 방법은 단계(508)로 되돌아간다(화살표(512)). 그런 다음에, 전압은 변경되지 않는다. 한편, 검출된 측정 값이 측정 변수의 미리 결정된 값에 대응하지 않으면, 전압은 새롭게 설정되는데, 즉 본 방법은 단계(506)로 되돌아간다(화살표(514)). 따라서, 다양한 관련 튜브 섹션에서의 전압 및 그에 따른 가열 전력이 변하게 되며, 그래서 측정 변수의 값이 변하고 이어서 또는 몇 개의 설정 단계 후에, 측정 변수의 미리 결정된 값에 대응한다. 이를 위해, 예컨대, 대응하는 제어 알고리즘이 제어 장치에 제공된다.

Claims (15)

1. 다수의 전기 가열 가능한 튜브 섹션(24, 24a, 24b, 24c)을 갖는 여러 개의 반응 튜브(20, 20a, 20b, 20c)를 갖는 반응기에서 공정 유체의 화학 반응을 조절 가능하게 수행하기 위한 방법으로서, 여러 개의 전력 연결부(40)가 제공되며, 각 전력 연결부는 전류 입력 영역(11)에서 적어도 하나의 튜브 섹션에 연결되며, 적어도 하나의 연결 요소(42)가 전류 출력 영역(12)에 제공되며, 각 튜브 섹션은 연결 요소에 전기 전도적으로 연결되며, 상기 화학 반응은 증기 분해(cracking), 증기 개질(reforming), 건식 개질, 프로판의 탈수소화, 적어도 부분적으로 500℃ 이상에서 수행되는 탄화수소와의 반응 중의 하나이며, 상기 방법은,
   여러 개의 반응 튜브를 통해 공정 유체를 전달하는 단계(502);
   여러 개의 전력 연결부에서 여러 개의 가변 전압을 제공하는 단계(504) - 여러 개의 전압은 다상 AC 전압의 위상으로서 제공되어 적어도 하나의 연결 요소(42)가 스타 포인트를 형성함 -;
   여러 개의 전압을 설정하는 단계(506);
   하나 이상의 측정 변수에 대응하는 하나 이상의 측정 값을 검출하는 단계(508); 및
   검출된 측정 값이 측정 변수의 미리 결정된 값 또는 값 범위에 대응하도록 여러 개의 설정 전압을 변경하는 단계를 포함하는, 반응기에서 공정 유체의 화학 반응을 조절 가능하게 수행하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 측정 변수는
   적어도 하나의 온도,
   적어도 하나의 전류 세기, 및
   적어도 하나의 물질 조성
   중의 하나 이상을 포함하는, 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 여러 개의 전압이 동일한 방식으로 변경되는, 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 여러 개의 전압이 서로 독립적으로 변경되는, 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 측정 변수는,
   여러 개의 반응 튜브의 튜브 출구에서 측정되는, 공정 유체의 튜브 출구 온도, 및
   여러 개의 반응 튜브의 튜브 출구에서 측정되는, 공정 유체의 물질 조성
   중의 하나 또는 둘 모두를 포함하며,
   측정된 튜브 출구 온도 및/또는 측정된 물질 조성이 미리 결정된 튜브 출구 온도 및/또는 미리 결정된 물질 조성과 같거나 가능한 한 가깝도록 바람직하게 상기 여러 개의 전압이 변경되는, 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 측정 변수는,
   다양한 전력 연결부에 연결되는 튜브 섹션에서 측정되는 2개 이상의 튜브 섹션 온도, 및
   다양한 전력 연결부에서 측정되는 2개 이상의 전력 연결부 전류 세기
   중의 하나 또는 둘 모두를 포함하고,
   측정된 튜브 섹션 온도가 미리 결정된 튜브 섹션 온도에 대응하고 그리고/또는 다양한 전력 연결부에 연결된 튜브 섹션에서의 상기 전류 세기로부터 계산되는 전력 출력이 미리 결정된 전력 출력에 대응하도록 바람직하게 다양한 전력 연결부에서의 여러 개의 전압이 제어되는, 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하나 이상의 측정 변수는,
   중립 전도체에서 측정되는 중립 전도체 전류 세기, 및
   다양한 전력 연결부에서 측정되는 2개 이상의 전력 연결부 전류 세기
   중의 하나 또는 둘 모두를 포함하며,
   상기 중립 전도체 전류 세기가 최소화되고 그리고/또는 상대 위상을 고려하여 계산되는 상기 전력 연결부 전류 세기의 합이 최소화되도록 바람직하게 상기 여러 개의 전압이 변경되는, 방법.
8. 공정 유체의 화학 반응을 조절 가능하게 수행하기 위한 장치로서,
   다수의 전기 가열 가능한 튜브 섹션(24, 24a, 24b, 24c)을 갖는 여러 개의 반응 튜브(20, 20a, 20b, 20c)를 갖는 반응기 - 여러 개의 전력 연결부(40)가 제공되며, 각 전력 연결부는 전류 입력 영역(11)에서 적어도 하나의 튜브 섹션에 연결되며, 적어도 하나의 연결 요소(42)가 전류 출력 영역(12)에 제공되며, 각 튜브 섹션은 연결 요소에 연결되어 그 연결 요소가 스타 포인트를 형성하게 됨 -;
   여러 개의 전력 연결부에서 여러 개의 가변 전압을 제공하도록 구성되고 다상 AC 전압의 위상으로서 상기 여러 개의 전압을 제공하는 제어 가능한 전력 공급원(50);
   하나 이상의 측정 변수를 검출하도록 구성된 하나 이상의 측정 장치(62, 62a, 62b, 62c, 63, 63a, 63b, 63c, 64, 64a, 64b, 64c, 66, 67, 67a, 67b, 67c); 및
   통신을 위해 상기 전력 공급원 및 하나 이상의 측정 장치에 연결되고, 하나 이상의 측정 변수의 함수로 상기 전력 공급원을 제어하도록 구성된 제어 장치(60)를 포함하고,
   상기 제어 장치는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되어 있는, 공정 유체의 화학 반응의 조절된 수행을 위한 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 반응기는 반응기 용기(10)를 포함하고, 상기 전류 입력 영역(11)은 그 반응기 용기 내부에 배치되며 그리고/또는 상기 전류 출력 영역(12)은 상기 반응기 용기 내부에 배치되는, 장치.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 하나 이상의 측정 장치는,
    하나 이상의 온도 센서,
    구성된 하나 이상의 전류 센서, 및
    하나 이상의 물질 조성 센서
    중의 하나 이상을 포함하는, 장치.
11. 제8항 또는 제10항에 있어서,
    상기 전력 공급원(50)은 동일한 방식으로 상기 여러 개의 전압을 함께 변경하도록 구성되고, 전력 공급원은, 바람직하게는, 상기 전압을 변경할 수 있는 전력 제어기(306u, 306v, 306w), 특히 사이리스터(thyristor) 전력 제어기를 포함하는, 장치.
12. 제8항 또는 제10항에 있어서,
    상기 전력 공급원(50)은 상기 여러 개의 전압을 서로 독립적으로 변경하도록 구성되고, 각 전압에 대한 전력 공급원은 바람직하게는 가변 변압기(406u, 406v, 406w) 또는 가변 변압기의 기능을 실행하는 전력 전자 장치를 포함하는, 장치.
13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 측정 장치는,
    공정 유체의 온도를 측정하기 위해 상기 여러 개의 반응 튜브의 튜브 출구(23, 23a, 23b, 23c)에 배치되는 적어도 하나의 온도 센서(62, 62a, 62b, 62c), 및
    공정 유체의 물질 조성을 측정하기 위해 상기 여러 개의 반응 튜브의 튜브 출구에 배치되는 적어도 하나의 물질 조성 센서(64, 64a, 64b, 64c)
    중의 하나 또는 둘 모두를 포함하며,
    상기 제어 장치는 바람직하게는 제5항에 따른 방법을 수행하도록 구성되어 있는, 장치.
14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 측정 장치는,
    다양한 전력 연결부에 연결되는 튜브 섹션에 배치되는 2개 이상의 튜브 섹션 온도 센서(63, 63a, 63b, 63c), 및
    다양한 전력 연결부에 배치되는 2개 이상의 전력 연결부 전류 센서(67, 67a, 67b, 67c)
    중의 하나 또는 물 모두를 포함하는, 장치.
15. 제8 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기는 여러 개의 전력 연결부를 포함하고, 상기 하나 이상의 측정 장치는,
    상기 연결 요소에 연결되는 중립 전도체(44)에 배치되는 중립 전도체 전류 센서(66), 및
    다양한 전력 연결부에 배치되는 여러 개의 전력 연결부 전류 센서(67, 67a, 67b, 67c) 중의 하나 또는 둘 모두를 포함하며,
    상기 제어 장치는 바람직하게는 제7항에 따른 방법을 수행하도록 구성되어 있는, 장치.

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