KR20230079130A - 효율적인 간접 전기 가열 - Google Patents

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KR20230079130A
KR20230079130A KR1020237014156A KR20237014156A KR20230079130A KR 20230079130 A KR20230079130 A KR 20230079130A KR 1020237014156 A KR1020237014156 A KR 1020237014156A KR 20237014156 A KR20237014156 A KR 20237014156A KR 20230079130 A KR20230079130 A KR 20230079130A
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키아라 에네 코헨되르퍼
에릭 예네
안드레이 슈스토브
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바스프 에스이
린데 게엠베하
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Abstract

적어도 1종의 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 파이프라인(112)을 포함하는 디바이스(110)가 제안된다. 디바이스(110)는 적어도 1종의 전류-전도 매체(129)를 갖는다. 디바이스(110)는 전류-전도 매체(129)에 전기 전류를 발생시키도록 구성된 적어도 하나의 전류원 또는 전압원(126)을 가지며, 이러한 전기 전류가 전류-전도 매체(129)를 통과할 때 생성되는 주울 열에 의해 파이프라인(112)이 가열된다.

Description

효율적인 간접 전기 가열
본 발명은 적어도 하나의 파이프라인을 포함하는 디바이스 및 파이프라인에서 공급원료를 가열하는 방법에 관한 것이다.
원칙적으로 이러한 디바이스는 공지되어 있다. 예를 들어, WO 2015/197181 A1에는 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인, 및 적어도 하나의 파이프라인에 연결된 적어도 하나의 전압원을 포함하는, 유체를 가열하기 위한 디바이스가 기재되어 있다. 적어도 하나의 전압원은, 적어도 하나의 파이프라인을 가열하여 유체를 가열하는 교류 전기 전류를 적어도 하나의 파이프라인에 발생시키도록 설계된다.
WO 2020/035575에는 유체를 가열하기 위한 디바이스가 기재되어 있다. 디바이스는 - 유체를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인 및/또는 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인 세그먼트, 및 - 적어도 하나의 DC 전력원 및/또는 DC 전압원을 포함하며, 여기서 각각의 파이프라인 및/또는 각각의 파이프라인 세그먼트에 각각의 파이프라인 및/또는 각각의 파이프라인 세그먼트에 연결된 DC 전력원 및/또는 DC 전압원이 할당되고, 여기서 각각의 DC 전력원 및/또는 DC 전압원은 각각의 파이프라인 및/또는 각각의 파이프라인 세그먼트에 전기 전류를 발생시키도록 설계되며, 이러한 전기 전류가 전도성 파이프 재료를 통과할 때 발생하는 주울(Joule) 열에 의해 각각의 파이프라인 및/또는 각각의 파이프라인 세그먼트가 가열되어 유체가 가열된다.
CA 2 613 726 A1에는 수요-기반 온수기 및 그의 작동 방법이 개시되어 있다. 온수기는 작동 동안 뜨거워지는 펄스 전해 시스템인 전해식 가열 서브시스템을 함유한다. 급수관에 통합된 열 교환 도관이 전해식 가열 서브시스템의 전해 용기의 근처에 있다. 물이 수요-기반 온수 제공장치를 통해 유동할 때, 물은 열 교환 도관을 통해 유동하며, 그에 의해 가열된다. CA 2 613 908 A1에는 복사 가열 시스템 및 그의 작동 방법이 개시되어 있다. 시스템은 전해식 가열 서브시스템을 사용한다. 전해식 가열 서브시스템은 작동 동안 전해 용기에 존재하는 매체를 가열하는 펄스 전해 시스템이다. 가열된 매체는 제1 도관을 통해 전해 용기에 연결된 열 교환기를 통해 순환되어, 열 교환기를 가열한다. 열 운반 매체는 제2 도관을 통해 복사 가열 호스 및 열 교환기를 통해 순환된다. 열 운반 매체가 열 교환기를 통해 순환되는 동안 가열되며, 이러한 경우에 흡수된 열이 복사 가열 튜브 호스를 통해 복사된다. US 3,855,449 A에는 소정의 양의 액체 전해질 및 소정의 양의 증기 형태의 전해질을 각각 함유하는 2개의 서로 연통되는 챔버가 기재되어 있다. 챔버의 증기-함유 부분이 서로 연결되고, 챔버의 액체-함유 부분이 서로 연결된다. 챔버 중 하나는 전극의 가열 및 액체 전해질의 증발을 야기하기 위해 전기 에너지원에 연결될 수 있는 전극을 수용한다. 나머지 다른 챔버에는 가열될 매체가 유동할 수 있는 열 교환기가 있다. 챔버의 증기-함유 부분 사이의 연결부에는 가열될 매체의 온도에 반응하는 밸브가 배치된다. 매체의 가열이 요구되면, 밸브가 개방되어, 전극이 존재하는 챔버로부터 증발된 전해질이 나머지 다른 챔버로 유동할 수 있게 되고 열 교환기에서 응축될 수 있다. 응축된 전해질에 의해 발산된 열이 매체로 전달된다.
그러나, 파이프라인에서 유체를 가열하기 위한 공지된 디바이스는 종종 기술적으로 복잡하거나 또는 고도의 기술적 복잡성으로만 구현될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 공지된 장치 및 방법의 단점을 적어도 대부분 회피하는, 적어도 1종의 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 파이프라인을 포함하는 디바이스 및 공급원료를 가열하는 방법을 제공하는 것이다. 특히, 디바이스 및 방법은 구현하고 수행하기가 기술적으로 단순해야 하며, 또한 경제적으로 실행가능해야 한다. 특히, 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 플랜트에서 디바이스가 사용가능해야 하고 방법이 이용가능해야 한다: 적어도 1종의 흡열성 반응의 수행을 위한 플랜트, 가열을 위한 플랜트, 예열을 위한 플랜트, 스팀크래커, 스팀 개질기, 알칸 탈수소화를 위한 장치, 개질기, 건식 개질을 위한 장치, 스티렌 제조를 위한 장치, 에틸벤젠 탈수소화를 위한 장치, 우레아, 이소시아네이트, 멜라민의 크래킹을 위한 장치, 크래커, 촉매적 크래커, 탈수소화를 위한 장치.
상기 목적이 독립항의 특색을 갖는 디바이스, 방법 및 플랜트에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 구성은 특히 연관된 종속항 및 종속항의 종속 대상에 명시되어 있다.
하기에서 용어 "갖는다", "포함한다" 또는 "수반한다" 또는 그의 임의의 문법적 변형어는 비제한적인 방식으로 사용된다. 따라서, 이들 용어는 이들 용어에 의해 도입되는 특색 이외의 추가의 특색이 존재하지 않는 상황 또는 하나 이상의 추가의 특색이 존재하는 상황을 나타낼 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 이루어진 상황) 및 B 이외의 하나 이상의 추가의 요소, 예를 들어 요소 C, 요소 C 및 D 또는 훨씬 더 많은 요소가 A에 존재하는 상황 둘 다를 나타낼 수 있다.
또한, 용어 "적어도 하나" 및 "하나 이상" 및 이들 용어 또는 유사한 용어의 문법적 변형어는, 이들이 하나 이상의 요소 또는 특색과 함께 사용되고 요소 또는 특색이 1회 이상 제공될 수 있다는 것을 표현하도록 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 제한하지 않는다.
또한, 하기에서 용어 "바람직하게는", "특히", "예를 들어" 또는 그와 유사한 용어는 임의적인 특색과 관련하여 사용되지만, 이로써 대안적 실시양태가 제한되지는 않는다. 따라서, 이들 용어에 의해 도입되는 특색은 임의적인 특색이며, 이들 특색에 의해 청구항, 특히 독립항의 보호 범주를 제한하도록 의도되지는 않는다. 따라서, 관련 기술분야의 통상의 기술자가 인지할 것처럼, 본 발명은 또한 다른 구성을 사용하여 수행될 수도 있다. 유사한 방식으로, "본 발명의 한 실시양태에서" 또는 "본 발명의 한 작업 실시예에서"에 의해 도입되는 특색도 임의적인 특색으로서 이해되지만, 이로써 대안적 구성 또는 독립항의 보호 범주가 제한되도록 의도되지는 않는다. 게다가, 이로써 도입되는 특색과, 임의적인 특색이든 또는 임의적이지 않은 특색이든, 다른 특색과의 모든 가능한 조합이 이들 도입하는 표현에 의해 영향을 받지 않을 것이다.
본 발명의 제1 측면에서, 적어도 1종의 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 파이프라인을 포함하는 디바이스가 제안된다.
본 발명과 관련하여, "공급원료"는 기본적으로 반응 생성물이, 특히 적어도 1종의 화학 반응에 의해 생성 및/또는 제조될 수 있는 임의의 재료를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 반응은 흡열성 반응일 수 있다. 반응은 비-흡열성 반응, 예를 들어 예열 또는 가열 작동일 수 있다. 공급원료는 특히 그를 사용하여 화학 반응이 수행될 반응물일 수 있다. 공급원료는 액체 또는 가스상일 수 있다. 공급원료는 열 크래킹에 적용될 탄화수소 및/또는 혼합물일 수 있다. 공급원료는 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 요소를 포함할 수 있다: 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 나프타, 에틸벤젠, 가스 오일, 응축물, 바이오유체, 바이오가스, 열분해 오일, 재생가능한 원료로 구성된 폐오일 및 폐액. 바이오유체는, 예를 들어, 재생가능한 원료로부터의 지방 또는 오일 또는 그의 유도체, 예를 들어 바이오 오일 또는 바이오디젤일 수 있다. 그 외 다른 공급원료가 또한 고려될 수 있다.
본 발명과 관련하여, "파이프라인"은 공급원료를 수용 및/또는 이송하도록 설계된 임의의 형상의 장치인 것으로 이해될 수 있다. 파이프라인은 적어도 1종의 화학 반응이 진행될 수 있는 적어도 하나의 반응 튜브일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있다. 파이프라인은 적어도 하나의 파이프 및/또는 적어도 하나의 파이프라인 세그먼트 및/또는 적어도 하나의 파이프라인 코일을 포함할 수 있다. 파이프라인 세그먼트는 파이프라인의 소구역일 수 있다. 표현 "파이프라인" 및 "파이프라인 세그먼트" 및 "파이프라인 코일"은 하기에서 동의어로 사용된다. 파이프라인의 기하구조 및/또는 표면 및/또는 재료는 이송될 공급원료에 따라 달라질 수 있다. 파이프라인의 기하구조 및/또는 표면 및/또는 재료는 또한 목적하는 반응 및/또는 특정한 반응의 회피에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 코킹을 감소시키기 위해 세라믹 튜브를 선택하는 것이 가능하다.
디바이스는 복수의 파이프라인을 포함할 수 있다. 디바이스는 l개의 파이프라인을 가질 수 있으며, 여기서 l은 2이상의 자연수이다. 예를 들어, 디바이스는 적어도 2, 3, 4, 5개 또는 달리 그 초과의 파이프라인을 가질 수 있다. 디바이스는, 예를 들어, 최대 100개의 파이프라인을 가질 수 있다. 파이프라인은 동일하게 또는 상이하게 구성될 수 있다.
파이프라인은 대칭 및/또는 비대칭 파이프 및/또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 파이프라인의 기하구조 및/또는 표면 및/또는 재료는 이송될 공급원료에 따라 달라질 수 있거나 또는 달리 반응의 최적화 또는 다른 인자에 따라 달라질 수 있다. 전적으로 대칭 구성의 경우에, 디바이스는 동일한 파이프 타입의 파이프라인을 포함할 수 있다. "비대칭 파이프" 및 "대칭 및 비대칭 파이프의 조합"은 디바이스가, 예를 들어, 목적에 따라 병렬로 또는 직렬로 추가적으로 연결될 수 있는 파이프 타입의 임의의 조합을 포함할 수 있음을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. "파이프 타입"은 특정한 특색에 의해 특징화되는 하나의 카테고리 또는 파이프라인 설계를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 파이프 타입은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 특색에 의해 특징화될 수 있다: 파이프라인의 수평 구성; 파이프라인의 수직 구성; 유입구에서의 길이 (l1) 및/또는 유출구에서의 길이 (l2) 및/또는 전이부에서의 길이 (l3); 유입구에서의 직경 (d1) 및 유출구에서의 직경 (d2) 및/또는 전이부에서의 직경 (d3); 통과 횟수 n; 통과당 길이; 통과당 직경; 기하구조; 표면; 및 재료. 디바이스는 병렬로 및/또는 직렬로 연결된 적어도 2종의 상이한 파이프 타입의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 유입구에서의 길이 (l1) 및/또는 유출구에서의 길이 (l2) 및/또는 전이부에서의 길이 (l3)이 상이한 파이프라인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 유입구에서의 직경 (d1) 및/또는 유출구에서의 직경 (d2) 및/또는 전이부에서의 직경 (d3)이 비대칭인 파이프라인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 상이한 통과 횟수를 갖는 파이프라인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 상이한 통과당 길이 및/또는 상이한 통과당 직경의 통과를 갖는 파이프라인을 포함할 수 있다. 원칙적으로, 병렬의 및/또는 직렬의 임의의 파이프 타입의 임의의 조합이 고려될 수 있다. 개별 파이프라인에 하나 이상의 전력원 또는 전압원이 할당될 수 있다. 전력 공급장치 및/또는 전압 공급장치는, 예를 들어, 각각의 경우에 반응 및 방법론에 따라 적어도 하나의 컨트롤러의 사용에 의해 조정될 수 있다.
디바이스는 복수의 유입구 및/또는 유출구 및/또는 생성 스트림을 포함할 수 있다. 상이하거나 또는 동일한 파이프 타입의 파이프라인이 복수의 유입구 및/또는 유출구와 함께 병렬로 및/또는 직렬로 배열될 수 있다. 파이프라인은 구성 키트의 형태로 다양한 파이프 타입의 형태를 취할 수 있으며, 최종 용도에 따라 필요한 대로 선택되고 조합될 수 있다. 상이한 파이프 타입의 파이프라인의 사용은 공급물에 변동이 있는 경우에 반응의 보다 정확한 온도 제어 및/또는 조정 및/또는 선택적 반응 수율 및/또는 최적화된 방법론을 가능하게 할 수 있다. 파이프라인은 동일하거나 또는 상이한 기하구조 및/또는 표면 및/또는 재료를 포함할 수 있다.
파이프라인은 관통-연결될 수 있며, 그에 따라 공급원료를 수용하기 위한 파이프 시스템을 형성할 수 있다. "파이프 시스템"은, 특히 서로 연결된 적어도 2개의 파이프라인으로 구성된 장치를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 파이프 시스템은 투입 및 배출 파이프라인을 포함할 수 있다. 파이프 시스템은 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 유입구를 포함할 수 있다. 파이프 시스템은 공급원료를 방출하기 위한 적어도 하나의 유출구를 포함할 수 있다. "관통-연결"은 파이프라인이 유체-전도 방식으로 서로 연결되어 있는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 파이프라인은 공급원료가 파이프라인을 차례대로 관통해 유동하도록 하는 방식으로 배열되고 연결될 수 있다. 2개 이상의 또는 모든 파이프라인이 직렬로 및/또는 병렬로 구성될 수 있다. 파이프라인은 공급원료가 병렬로 적어도 2개의 파이프라인을 관통해 유동할 수 있도록 하는 방식으로 서로에 병렬로 연결될 수 있다. 파이프라인, 특히 병렬로 연결된 파이프라인은 상이한 공급원료를 병렬로 이송하도록 하는 방식으로 설계될 수 있다. 특히, 병렬로 연결된 파이프라인은 상이한 공급원료의 이송을 위해 서로 상이한 기하구조 및/또는 표면 및/또는 재료를 가질 수 있다. 특히 공급원료의 이송을 위한, 다수의 또는 모든 파이프라인은 공급원료가 병렬 구성의 파이프라인 사이에 분할될 수 있도록 하는 병렬 구성일 수 있다. 직렬 연결 및 병렬 연결의 조합이 또한 고려될 수 있다.
예를 들어, 파이프라인은 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인을 포함할 수 있다. "전기 전도성 파이프라인"은 파이프라인, 특히 파이프라인의 재료가 전기 전류를 전도하도록 설계된 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 그러나, 전기 비전도성 파이프라인 또는 전도성 결여 파이프라인으로서의 구성이 또한 고려될 수 있다. 파이프라인은 전기 전도성 또는 전기 절연성 구성을 가질 수 있다. 금속성 파이프라인 및 세라믹 파이프라인 둘 다가 고려될 수 있다.
파이프라인 및 상응하는 투입 및 배출 파이프라인은 유체공학적으로 서로 연결될 수 있다. 전기 전도성 파이프라인이 사용되는 경우에, 투입 및 배출 파이프라인은 서로 갈바닉 절연될 수 있다. "서로 갈바닉 절연된다"는 파이프라인 및 투입 및 배출 파이프라인 사이에 전기 전도가 전혀 이루어지지 않고/거나 허용가능한 전기 전도가 이루어지는 방식으로 파이프라인 및 투입 및 배출 파이프라인이 서로 단리되어 있는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 디바이스는 적어도 하나의 절연체, 특히 복수의 절연체를 포함할 수 있다. 각각의 파이프라인 및 투입 및 배출 파이프라인 사이의 갈바닉 절연이 절연체에 의해 보장될 수 있다. 절연체는 공급원료의 자유 유동을 보장할 수 있다.
디바이스는 적어도 1종의 전류-전도 매체를 포함한다. 디바이스는 전류-전도 매체에 전기 전류를 생성하도록 설계된 적어도 하나의 전력원 또는 전압원을 가지며, 이러한 전기 전류가 전류-전도 매체를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 파이프라인이 가열된다.
본 발명과 관련하여, "전류-전도 매체"는 전류-전도 및/또는 자성 특성을 갖는 임의의 매체를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 자성 재료, 즉, 자성 특성을 갖는 전류-전도 매체는 히스테리시스 가열 효과로 인해 비-자성 재료보다 더 빠르게 가열될 수 있다. 자성 재료는 급격히 변화하는 자기장에 대해 고유 저항을 가질 수 있다. 불량한 자성 전도성을 갖는 재료, 예를 들어 알루미늄 또는 구리는 그의 낮은 자성 투과성 때문에 덜 효율적으로 가열될 수 있다. 예를 들어, 전류-전도 매체는 강자성 특성을 갖는 적어도 1종의 재료일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있고; 예를 들어, 자성 투과성은 약 1 내지 1000000 H/m일 수 있다. 예를 들어, 전류-전도 매체는 코발트, 철, 니켈 및/또는 페라이트를 포함할 수 있다. 전류-전도 매체는 비저항을 가질 수 있다. 전류-전도 매체는 고-저항 매체일 수 있다. 전류-전도 매체는 0.1 Ωmm2/m ≤ ρ ≤ 1000 Ωmm2/m, 바람직하게는 10 Ωmm2/m ≤ ρ ≤ 1000 Ωmm2/m의 비저항 ρ를 가질 수 있다. 이러한 전류-전도 매체의 사용은 공급원료를 가열하기 위해 필요한 전력의 양의 최소화를 가능하게 할 수 있다. 원칙적으로, 전력은 단순하게 표현하면 P = U·I = I2·R이 되며, 여기서 U는 전압이고, I는 전류이고, R은 저항이다. 추가의 유도 효과를 고려하면, 전력은 P=((I2*R)2+(I2*2 π*f*L)2)0.5로 표현될 수 있으며, 여기서 L은 유도율이고, f는 주파수이다. 전류-전도 매체의 옴 비저항의 적절한 선택에 의해 보다 광범위한 스펙트럼의 전압 및 전류 흐름이 제공될 수 있다. 보다 높은 온도에서 이용될 수 있는 전류-전도 매체가 바람직할 수 있다. 한편, 물의 경우에는 이들 온도를 획득하는데 매우 높은 압력이 필요한데; 예를 들어, 300℃는 90 bar에 상응한다.
전류-전도 매체는 물질의 임의의 상태로 존재할 수 있다. 전류-전도 매체는 물질의 고체, 액체 및/또는 가스상 상태로 존재할 수 있으며, 혼합물, 예를 들어 유화액 및 현탁액을 포함할 수 있다. 전류-전도 매체는 전류-전도 과립상 재료 또는 전류-전도 유체일 수 있다. 전류-전도 매체는 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 재료를 포함할 수 있다: 탄소, 탄화물, 규화물, 전기 전도성 오일, 염 용용물, 무기 염 및 고체/액체 혼합물.
전력원 및/또는 전압원은 단상 또는 다상 AC 전력원 및/또는 단상 또는 다상 AC 전압원 또는 DC 전력원 및/또는 DC 전압원을 포함할 수 있다. 디바이스는 전류-전도 매체에 전력원 및/또는 전압원을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 인입선 및 인출선을 가질 수 있다.
디바이스는, 예를 들어, 적어도 하나의 AC 전력원 및/또는 적어도 하나의 AC 전압원을 가질 수 있다. AC 전력원 및/또는 AC 전압원은 단상 또는 다상 공급원일 수 있다. "AC 전력원"은 교류 전류를 제공하도록 설계된 전력원을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. "교류 전류"는 시간의 경과에 따라 규칙적인 반복으로 변화하는 극성의 전기 전류를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 교류 전류는 사인파 교류 전류일 수 있다. "단상" AC 전력원은 단일 위상을 갖는 전기 전류를 제공하는 AC 전력원을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. "다상" AC 전력원은 1종 초과의 위상을 갖는 전기 전류를 제공하는 AC 전력원을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. "AC 전압원"은 AC 전압을 제공하도록 설계된 전압원을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. "AC 전압"은 시간의 경과에 따라 규칙적으로 반복되는 준위 및 극성의 전압을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, AC 전압은 사인파 AC 전압일 수 있다. AC 전압원에 의해 발생된 전압은 전류가 흐르게 하며, 특히 교류 전류가 흐르게 한다. "단상" AC 전압원은 단일 위상을 갖는 교류 전류를 제공하는 AC 전압원을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. "다상" AC 전압원은 1종 초과의 위상을 갖는 교류 전류를 제공하는 AC 전압원을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
디바이스는 적어도 하나의 DC 전력원 및/또는 적어도 하나의 DC 전압원을 가질 수 있다. "DC 전력원"은 DC 전류를 제공하도록 설계된 장치를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. "DC 전압원"은 DC 전압을 제공하도록 설계된 장치를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. DC 전력원 및/또는 DC 전압원은 전류-전도 매체에 DC 전류를 발생시키도록 설계될 수 있다. "DC 전류"는 세기 및 방향의 관점에서 실질적으로 일정한 전기 전류를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. "DC 전압"은 실질적으로 일정한 전기 전압을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. "실질적으로 일정한"은 의도된 효과와 관련하여 실질적이지 않은 변동을 갖는 전류 또는 전압을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
디바이스는 복수의 전력원 및/또는 전압원을 가질 수 있으며, 상기 전력원 및/또는 전압원은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다: 단상 또는 다상 AC 전력원 및/또는 단상 또는 다상 AC 전압원 또는 DC 전력원 및/또는 DC 전압원, 및 그의 조합. 디바이스는 2 내지 M개의 상이한 전력원 및/또는 전압원을 가질 수 있으며, 여기서 M은 3 이상의 자연수이다. 전력원 및/또는 전압원은 적어도 하나의 전기 출력 변수를 제어할 가능성의 존재 또는 부재 하에 구성될 수 있다. 전력원 및/또는 전압원은 서로 독립적으로 전기적으로 제어가능할 수 있다. 전력원 및/또는 전압원은 동일하거나 또는 상이한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 디바이스의 상이한 구역에 대해 전류 및/또는 전압이 조정가능하도록 설계될 수 있다. 디바이스는 복수의 파이프라인을 가질 수 있으며, 여기서 파이프라인은 상이한 온도 영역 또는 구역에 속한다. 마찬가지로, 파이프라인 그 자체가 온도 구역을 가질 수 있다. 복수의 전력원 및/또는 전압원을 사용함으로써 특히 전압이 상이한 구역에 대해 달라지게 할 수 있다. 예를 들어, 전류가 너무 높아지지 않게 해서, 파이프라인이 지나치게 뜨거워지지 않게, 또는 반대로 파이프라인이 지나치게 차가워지지 않게 하는 것이 가능하다.
디바이스는 복수의 단상 또는 다상 AC 전력원 또는 AC 전압원을 가질 수 있다. 파이프라인에 전류-전도 매체가 각각 할당될 수 있으며, 여기서 AC 전력원 및/또는 AC 전압원이, 특히 적어도 하나의 전기적 연결부를 통해 전기적으로 전류-전도 매체에 연결되어 있다. 적어도 2개의 파이프라인이 전류-전도 매체 및 AC 전력원 및/또는 AC 전압원을 공유하는 것인 실시양태가 또한 고려될 수 있다. AC 전력원 또는 AC 전압원과 전류-전도 매체의 연결을 위해, 전기적으로 가열가능한 반응기는 2 내지 N개의 인입선 및 인출선을 가질 수 있으며, 여기서 N은 3 이상의 자연수이다. 각각의 AC 전력원 및/또는 AC 전압원은 각각의 전류-전도 매체에 전기 전류를 발생시키도록 설계될 수 있다. AC 전력원 및/또는 AC 전압원은 제어 또는 비제어될 수 있다. AC 전력원 및/또는 AC 전압원은 적어도 하나의 전기 출력 변수를 제어할 가능성의 존재 또는 부재 하에 구성될 수 있다. "출력 변수"는 전류 값 및/또는 전압 값 및/또는 전류 신호 및/또는 전압 신호를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 디바이스는 2 내지 M개의 상이한 AC 전력원 및/또는 AC 전압원을 가질 수 있으며, 여기서 M은 3 이상의 자연수이다. AC 전력원 및/또는 AC 전압원은 독립적으로 전기적으로 제어가능할 수 있다. 예를 들어, 각각의 전류-전도 매체에 상이한 전류가 발생될 수 있고, 파이프라인에서 상이한 온도에 도달할 수 있다.
디바이스는 복수의 DC 전력원 및/또는 DC 전압원을 포함할 수 있다. 각각의 파이프라인에 전류-전도 매체 및 전류-전도 매체에, 특히 적어도 하나의 전기적 연결부를 통해 전기적으로 연결된 DC 전력원 및/또는 DC 전압원이 할당될 수 있다. DC 전력원 및/또는 DC 전압원과 전류-전도 매체의 연결을 위해, 디바이스는 2 내지 N개의 양극 단자 및/또는 전도체 및 2 내지 N개의 음극 단자 및/또는 전도체를 가질 수 있으며, 여기서 N은 3 이상의 자연수이다. 각각의 DC 전력원 및/또는 DC 전압원은 각각의 전류-전도 매체에 전기 전류를 발생시키도록 설계될 수 있다. 발생된 전류는, 전기 전류가 전류-전도 매체를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 각각의 파이프라인을 가열하여 공급원료를 가열할 수 있다.
전류-전도 매체에 발생된 전류는, 전기 전류가 전류-전도 매체를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 각각의 파이프라인을 가열하여 공급원료를 가열할 수 있다. "파이프라인의 가온"은 파이프라인의 온도 변화, 특히 파이프라인의 온도 상승을 유도하는 작업을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 파이프라인의 온도는, 예를 들어 파이프라인에서 일어나는 반응이 그것이 제공받은 만큼의 열을 흡수할 때 일정하게 유지될 수 있다.
디바이스는 공급원료를 200℃ 내지 1700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 1400℃, 보다 바람직하게는 400℃ 내지 875℃의 범위의 온도로 가열하도록 설계될 수 있다. 파이프라인은 전류-전도 매체에 의해 발생된 주울 열을 적어도 부분적으로 흡수하고 그를 공급원료로 적어도 부분적으로 발산하도록 설계될 수 있다. 적어도 1종의 흡열성 반응이 파이프라인에서 일어날 수 있다. "흡열성 반응"은 에너지가, 특히 열의 형태로, 주위로부터 흡수되는 반응을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 흡열성 반응은 공급원료의 가열 및/또는 예열을 포함할 수 있다.
공급원료를 "가열하는" 것은 공급원료의 온도 변화, 특히 공급원료의 온도 상승, 예를 들어 공급원료의 가열을 유도하는 작업을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 공급원료는, 예를 들어, 가열에 의해 한정된 또는 미리 결정된 온도 값으로 가온될 수 있다.
디바이스는 플랜트의 일부일 수 있다. 예를 들어, 플랜트는 하기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다: 적어도 1종의 흡열성 반응의 수행을 위한 플랜트, 가열을 위한 플랜트, 예열을 위한 플랜트, 스팀크래커, 스팀 개질기, 알칸 탈수소화를 위한 장치, 개질기, 건식 개질을 위한 장치, 스티렌 제조를 위한 장치, 에틸벤젠 탈수소화를 위한 장치, 우레아, 이소시아네이트, 멜라민의 크래킹을 위한 장치, 크래커, 촉매적 크래커, 탈수소화를 위한 장치.
디바이스는, 예를 들어, 스팀크래커의 일부일 수 있다. "스팀크래킹"은 장쇄 탄화수소, 예를 들어 나프타, 프로판, 부탄 및 에탄, 및 또한 가스 오일 및 히드로왁스가 스팀의 존재 하에서의 열 크래킹에 의해 단쇄 탄화수소로 전환되는 공정을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 스팀크래킹은 특히 주요 생성물로서 수소, 메탄, 에텐 및 프로펜, 및 또한 부텐 및 열분해 벤젠을 생성할 수 있다. 스팀크래커는 유체를 550℃ 내지 1100℃의 범위의 온도로 가열하도록 설계될 수 있다.
예를 들어, 디바이스는 개질기 퍼니스의 일부일 수 있다. "스팀 개질"은 물 및 탄소-함유 에너지 운반체, 특히 탄화수소 예컨대 천연 가스, 경질 가솔린, 메탄올, 바이오가스 또는 바이오매스로부터 수소 및 탄소 산화물을 생성하는 공정을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 유체는 200℃ 내지 875℃, 바람직하게는 400℃ 내지 700℃의 범위의 온도로 가열될 수 있다.
예를 들어, 디바이스는 알칸 탈수소화를 위한 장치의 일부일 수 있다. "알칸 탈수소화"는 알칸의 탈수소화에 의해 알켄을 생성하는 공정, 예를 들어 부탄의 부텐으로의 탈수소화 (BDH) 또는 프로판의 프로펜으로의 탈수소화 (PDH)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 알칸 탈수소화를 위한 장치는 유체를 400℃ 내지 700℃의 범위의 온도로 가열하도록 설계될 수 있다.
그러나, 다른 온도 및 온도 범위가 또한 고려될 수 있다.
전류-전도 매체는 임의의 용기, 예를 들어 파이프 또는 실린더에 배치될 수 있다. 전류-전도 매체는 직접적으로 또는 용기의 가열에 의해 간접적으로 전기적으로 가열될 수 있다.
전류-전도 매체 및 파이프라인은 전류-전도 매체가 파이프라인을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 및/또는 파이프라인이 전류-전도 매체를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 서로에 대해 상대적으로 배열될 수 있다. "적어도 부분적으로 둘러싼다"는 전류-전도 매체가 파이프라인을 완전히 둘러싸거나 또는 파이프라인이 전류-전도 매체를 완전히 둘러싸는 것인 실시양태, 및 파이프라인의 단지 소구역만이 전류-전도 매체에 의해 둘러싸이거나 또는 파이프라인의 소구역이 전류-전도 매체를 둘러싸는 것인 실시양태를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 파이프라인은 중공 실린더 내의 내부 실린더로서 배치될 수 있으며, 외부 과립상 재료에 의해 둘러싸일 수 있다. 예를 들어, 전류-전도 매체는, 예를 들어 과립상 재료로서, 파이프라인 내의 파이프에 배치될 수 있다. 예를 들어, 파이프라인 내에 배치된 전류-전도 매체로 채워진 다수의 튜브가 존재할 수 있다. 예를 들어, 공급원료를 포함하는 다수의 파이프라인이 제공될 수 있으며, 이는 전류-전도 매체를 포함하는 실린더에 의해 둘러싸인다. 예를 들어, 전류-전도 매체를 포함하는 다수의 실린더가 공급원료를 포함하는 파이프라인 주위에 링의 형태로 배열될 수 있다. 예를 들어, 파이프라인은 나선형-형상일 수 있으며, 전류-전도 매체, 예를 들어 과립상 재료를 포함하는 실린더가 파이프라인 주위에 배열될 수 있다. 예를 들어, 전류-전도 매체를 포함하는 나선형-형상의 튜브가 제공될 수 있으며, 이는 공급원료를 포함하는 파이프라인에 의해 둘러싸인다. 예를 들어, 다수의 나선형-형상의 요소가 파이프라인에 또는 전류-전도 매체에 제공될 수 있다. 전류-전도 매체가 파이프라인의 다양한 영역 주위의 복수의 중공 실린더에 배치되어, 파이프라인의 이들 영역의 개별 가열을 가능하게 하는 것인 실시양태가 또한 고려될 수 있다.
파이프라인의 간접 가열은 전력 공급장치의 단순화된 개념을 가능하게 할 수 있다. 직접 가열의 경우에 발생하는 문제, 예컨대 매우 뜨거운 핀 및 연선, 및 높은 전류 흐름을 회피하는 것이 가능하다. 전류-전도 매체의 옴 저항을 최적화함으로써 전류를 최소화하는 것이 가능하여, 직접 가열되는 파이프라인에 비해 상대적으로 적은 전력 수요량만이 요구되고, 보다 낮은 출력을 갖는 변압기가 상응하게 가능하다. 추가로, 파이프라인 그 자체가 전압 하에 있지 않기 때문에 안전성을 달성하는 것이 보다 용이하게 가능하다. 직접 가열의 경우에 발생할 수 있으며 원치 않는 효과, 예를 들어 가열되는 파이프라인에서의 전기 전류의 비제어된 비대칭 분포로 이어질 수 있는 유도 저항 (리액턴스)이 간접 가열의 사용에 의해 최소화될 수 있거나 또는 회피될 수 있다. 파이프라인이 전력 공급장치로부터 분리되기 때문에 업스케일링이 훨씬 더 단순한 방식으로 가능할 수 있다. 또한, 임의의 타입의 전류, 예를 들어 DC 전류, 3상 AC 전류 등을 이러한 개념을 위해 사용하고, 심지어 이들을 하나의 공정에 조합하여 이용하는 것도 가능하다. 파이프 타입의 많은 조합이 가능하므로, 유연한 반응기 설계가 가능하다. 독립적인 공급원료 개념, 예컨대 단일 공급물, 코-크래킹, 또는 분할 크래킹이 가능하다.
디바이스는 유도 가열의 목적으로 적어도 하나의 코일을 가질 수 있다.
전력원 또는 전압원이 이러한 코일에 연결될 수 있으며, 이는 코일에 전압 또는 전류를 공급하도록 설계된다. 전류-전도 매체 및 코일은 코일의 전자기장이 전류-전도 매체에 전기 전류를 유도하도록 배열될 수 있으며, 이러한 전기 전류가 전류-전도 매체를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 전류-전도 매체가 가열되어 공급원료가 가열된다.
디바이스는, 코일에 연결되며 코일에 전압 또는 전류를 공급하도록 설계된 적어도 하나의 추가의 전압원 또는 전력원을 가질 수 있다. 코일은 상기 공급의 결과로서 적어도 1종의 전자기장을 발생시키도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 파이프라인은 전기 전도성 뿐만 아니라 자성 전도성 구성을 가질 수 있고, 코일은 코일의 전자기장이 파이프라인에 전기 전류를 유도하도록 배열될 수 있어, 이러한 전기 전류가 전도성 파이프 재료를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 파이프라인이 가열되어 공급원료가 가열될 수 있다.
코일 기하구조는 임의의 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 코일은 수직, 수평, 실린더 또는 그밖의 상이한 구성을 가질 수 있다.
다수의 유도 가열기가 반응 공간에 제공될 수 있으며, 이는, 예를 들어, 병렬, 직렬, 또는 이와 상이한 배열을 가질 수 있다.
디바이스, 특히 파이프라인, 전류-전도 매체 및 공급원료의 구성과 관련하여서는, 디바이스의 상기 설명을 참조한다.
추가의 측면에서, 본 발명의 디바이스를 포함하는 플랜트가 본 발명과 관련하여 제안된다. 플랜트의 구성과 관련하여서는, 디바이스의 상기 또는 하기 설명을 참조한다.
플랜트는 하기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다: 적어도 1종의 흡열성 반응의 수행을 위한 플랜트, 가열을 위한 플랜트, 예열을 위한 플랜트, 스팀크래커, 스팀 개질기, 알칸 탈수소화를 위한 장치, 개질기, 건식 개질을 위한 장치, 스티렌 제조를 위한 장치, 에틸벤젠 탈수소화를 위한 장치, 우레아, 이소시아네이트, 멜라민의 크래킹을 위한 장치, 크래커, 촉매적 크래커, 탈수소화를 위한 장치.
추가의 측면에서, 공급원료를 가열하는 방법이 본 발명과 관련하여 제안된다. 본 발명의 디바이스가 방법에 사용된다.
방법은 하기 단계를 포함한다:
- 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 파이프라인을 제공하고, 파이프라인에서 공급원료를 수용하는 단계;
- 적어도 하나의 전력원 및/또는 적어도 하나의 전압원을 제공하는 단계;
- 디바이스 내의 전류-전도 매체에 전기 전류를 발생시키며, 이러한 전기 전류가 전류-전도 매체를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 파이프라인을 가열하여 공급원료를 가열하는 단계.
실시양태 및 정의와 관련하여서는, 다비이스에 관한 상기 설명을 참조할 수 있다. 방법 단계들은 명시된 순서대로 수행될 수 있지만, 단계들 중 하나 이상이 적어도 부분적으로 동시에 수행되는 것이 또한 가능하고, 단계들 중 하나 이상이 수회 반복되는 것이 또한 가능하다. 또한, 추가의 단계들이, 이들이 본 명세서에 언급되었든 또는 그렇지 않든, 추가적으로 수행될 수 있다.
요약하면, 본 발명과 관련하여, 하기 실시양태가 특히 바람직하다:
실시양태 1 적어도 1종의 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 파이프라인을 포함하는 디바이스로서, 상기 디바이스가 적어도 1종의 전류-전도 매체를 갖고, 상기 디바이스가 전류-전도 매체에 전기 전류를 발생시키도록 설계된 적어도 하나의 전력원 또는 전압원을 가지며, 이러한 전기 전류가 전류-전도 매체를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 파이프라인이 가열되는 것인 디바이스.
실시양태 2 상기 실시양태에 있어서, 디바이스가 공급원료를 200℃ 내지 1700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 1400℃, 보다 바람직하게는 400℃ 내지 875℃의 범위의 온도를 가열하도록 설계되는 것인 디바이스.
실시양태 3 상기 실시양태에 있어서, 전류-전도 매체 및 파이프라인이 전류-전도 매체가 파이프라인을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 및/또는 파이프라인이 전류-전도 매체를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 서로에 대해 상대적으로 배열되는 것인 디바이스.
실시양태 4 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 전류-전도 매체가 물질의 고체, 액체 및/또는 가스상 상태, 및 고체, 액체 및 가스상으로 이루어진 군으로부터 선택된 혼합물로 존재하는 것인 디바이스.
실시양태 5 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 전류-전도 매체가 전류-전도 과립상 재료 또는 전류-전도 유체인 디바이스.
실시양태 6 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 전류-전도 매체가 탄소, 탄화물, 규화물, 전기 전도성 오일, 염 용용물, 무기 염 및 고체/액체 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 재료를 포함하는 것인 디바이스.
실시양태 7 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 적어도 1종의 흡열성 반응이 파이프라인에서 진행되며, 상기 흡열성 반응은 공급원료의 가열 및/또는 예열을 포함하는 것인 디바이스.
실시양태 8 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 전류-전도 매체가 0.1 Ωmm2/m ≤ ρ ≤ 1000 Ωmm2/m, 바람직하게는 10 Ωmm2/m ≤ ρ ≤ 1000 Ωmm2/m의 비저항 ρ를 갖는 것인 디바이스.
실시양태 9 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 전력원 및/또는 전압원이 단상 또는 다상 AC 전력원 및/또는 단상 또는 다상 AC 전압원, 또는 DC 전력원 및/또는 DC 전압원을 포함하는 것인 디바이스.
실시양태 10 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 디바이스가 복수의 전력원 및/또는 전압원을 가지며, 상기 전력원 및/또는 전압원은 단상 또는 다상 AC 전력원 및/또는 단상 또는 다상 AC 전압원 또는 DC 전력원 및/또는 DC 전압원, 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 디바이스.
실시양태 11 상기 실시양태에 있어서, 전력원 및/또는 전압원이 적어도 하나의 전기 출력 변수를 제어할 가능성의 존재 또는 부재 하에 구성되는 것인 디바이스.
실시양태 12 상기 실시양태에 있어서, 전력원 및/또는 전압원이 독립적으로 전기적으로 제어가능한 것인 디바이스.
실시양태 13 상기 3개의 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 전력원 및/또는 전압원이 동일하게 또는 상이하게 구성되는 것인 디바이스.
실시양태 14 상기 4개의 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 전류 및/또는 전압이 디바이스의 다양한 구역에 대해 조정가능한 것인 디바이스.
실시양태 15 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 디바이스가 2 내지 M개의 상이한 전력원 및/또는 전압원을 가지며, 여기서 M은 3 이상의 자연수인 디바이스.
실시양태 16 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 디바이스가 전류-전도 매체에 전력원 및/또는 전압원을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 인입선 및 인출선을 갖는 것인 디바이스.
실시양태 17 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 파이프라인이 전기 전도성 또는 전기 절연성 구성을 갖는 것인 디바이스.
실시양태 18 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 디바이스가 복수의 파이프라인을 가지며, 상기 파이프라인은 관통-연결되며, 그에 따라 공급원료를 수용하기 위한 파이프 시스템을 형성하는 것인 디바이스.
실시양태 19 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 디바이스가 l개의 파이프라인을 가지며, 여기서 l은 2 이상의 자연수이며, 상기 파이프라인은 대칭 또는 비대칭 튜브 및/또는 그의 조합을 포함하는 것인 디바이스.
실시양태 20 상기 2개의 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 파이프라인이 직경 및/또는 길이 및/또는 기하구조의 관점에서 상이한 구성을 갖는 것인 디바이스.
실시양태 21 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 파이프라인 및 상응하는 투입 및 배출 파이프라인이 유체-전도 방식으로 서로 연결되며, 상기 파이프라인은 금속성 파이프라인이고, 상기 파이프라인 및 투입 및 배출 파이프라인은 서로 갈바닉 절연되고, 상기 디바이스가 각각의 파이프라인 및 투입 및 배출 파이프라인 사이의 갈바닉 절연을 보장하도록 설계된 절연체를 갖고, 상기 절연체는 공급원료의 자유 유동을 보장하도록 설계되는 것인 디바이스.
실시양태 22 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 다수의 또는 모든 파이프라인이 직렬 및/또는 병렬 구성을 갖는 것인 디바이스.
실시양태 23 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 공급원료가 열 분열에 적용될 탄화수소 및/또는 혼합물인 디바이스.
실시양태 24 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 디바이스가 유도 가열의 목적으로 적어도 하나의 코일을 갖고, 상기 전력원 또는 전압원이 이러한 코일에 연결되며 코일에 전압 또는 전류를 공급하도록 설계되고, 상기 전류-전도 매체 및 상기 코일이 상기 코일의 전자기장이 전류-전도 매체에 전기 전류를 유도하도록 배열되며, 이러한 전기 전류가 전류-전도 매체를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 전류-전도 매체가 가열되어 공급원료가 가열되는 것인 디바이스.
실시양태 25 상기 실시양태 중 어느 하나에 있어서, 상기 디바이스가 유도 가열의 목적으로 적어도 하나의 코일을 갖고, 상기 디바이스가 이러한 코일에 연결되며 코일에 전압 또는 전류를 공급하도록 설계된 적어도 하나의 추가의 전압원 또는 전력원을 갖고, 상기 코일이 상기 공급에 의해 적어도 1종의 전자기장을 발생시키도록 설계되고, 상기 파이프라인 및 상기 코일이 상기 코일의 전자기장이 파이프라인에 전기 전류를 유도하도록 배열되며, 이러한 전기 전류가 전도성 파이프 재료를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 파이프라인이 가열되어 공급원료가 가열되는 것인 디바이스.
실시양태 26 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 디바이스를 포함하는 플랜트.
실시양태 27 상기 실시양태에 있어서, 플랜트가 적어도 1종의 흡열성 반응의 수행을 위한 플랜트, 가열을 위한 플랜트, 예열을 위한 플랜트, 스팀크래커, 스팀 개질기, 알칸 탈수소화를 위한 장치, 개질기, 건식 개질을 위한 장치, 스티렌 제조를 위한 장치, 에틸벤젠 탈수소화를 위한 장치, 우레아, 이소시아네이트, 멜라민의 크래킹을 위한 장치, 크래커, 촉매적 크래커, 탈수소화를 위한 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 플랜트.
실시양태 28 디바이스에 관한 상기 실시양태 중 어느 하나에 따른 디바이스를 사용하여 적어도 1종의 공급원료를 가열하는 방법으로서, 하기 단계를 포함하는 방법:
- 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 파이프라인을 제공하고, 파이프라인에서 공급원료를 수용하는 단계;
- 적어도 하나의 전력원 및/또는 적어도 하나의 전압원을 제공하는 단계;
- 디바이스 내의 전류-전도 매체에 전기 전류를 발생시키며, 이러한 전기 전류가 전류-전도 매체를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 파이프라인을 가열하여 공급원료를 가열하는 단계.
본 발명의 추가의 세부사항 및 특색은, 특히 종속항과 관련된, 바람직한 작업 실시예에 관한 하기 설명으로부터 명백할 것이다. 각각의 특색은 개별적으로 구현될 수 있거나, 또는 2개 이상이 서로 조합되어 구현될 수 있다. 본 발명은 작업 실시예로 제한되지 않는다. 작업 실시예는 도면에 개략적으로 나타나 있다. 개별 도면에서 동일한 참조 부호는 동일하거나 또는 동일한 기능을 갖거나 또는 그의 기능의 관점에서 서로에 상응하는 요소를 나타낸다.
구체적으로 도면은 하기를 제시한다:
도 1a 내지 1c 본 발명의 디바이스의 작업 실시예의 개략적 다이어그램;
도 2 본 발명의 디바이스의 추가의 작업 실시예의 개략적 다이어그램;
도 3a1, 3a2, 3b1 및 3b2 본 발명의 디바이스의 추가의 작업 실시예의 개략적 다이어그램;
도 4 본 발명의 디바이스의 작업 실시예의 개략적 다이어그램;
도 5a 내지 5d 본 발명의 디바이스의 추가의 작업 실시예의 개략적 다이어그램;
도 6Ai 및 6Cvi 본 발명의 디바이스의 추가의 작업 실시예의 개략적 다이어그램;
도 7a 내지 7y 파이프 타입을 갖는 구성 키트 및 파이프라인 및/또는 파이프라인 세그먼트의 조합의 본 발명의 작업 실시예;
도 8a 내지 8g 본 발명의 디바이스의 추가의 작업 실시예의 개략적 다이어그램;
도 9a 내지 9g 본 발명의 디바이스의 추가의 작업 실시예의 개략적 다이어그램; 및
도 10 본 발명의 디바이스의 추가의 작업 실시예의 개략적 다이어그램.
작업 실시예
도 1a 내지 1c는 각각 적어도 1종의 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 파이프라인(112)을 포함하는 본 발명의 디바이스(110)의 작업 실시예의 개략적 다이어그램을 제시한다. 디바이스(110)는 적어도 하나의 반응성 공간(111)을 가질 수 있다.
공급원료는 반응 생성물이, 특히 적어도 1종의 화학 반응에 의해 생성 및/또는 제조될 수 있는 임의의 재료일 수 있다. 공급원료는 특히 그를 사용하여 화학 반응이 수행될 반응물일 수 있다. 공급원료는 액체 또는 가스상일 수 있다. 공급원료는 열 크래킹에 적용될 탄화수소 및/또는 혼합물일 수 있다. 공급원료는 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 요소를 포함할 수 있다: 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 나프타, 에틸벤젠, 가스 오일, 응축물, 바이오유체, 바이오가스, 열분해 오일, 재생가능한 원료로 구성된 폐오일 및 폐액. 바이오유체는, 예를 들어, 재생가능한 원료로부터의 지방 또는 오일 또는 그의 유도체, 예를 들어 바이오 오일 또는 바이오디젤일 수 있다. 그 외 다른 공급원료가 또한 고려될 수 있다.
파이프라인(112)은 공급원료를 수용 및/또는 이송하도록 설계될 수 있다. 파이프라인은 적어도 1종의 화학 반응이 진행될 수 있는 적어도 하나의 반응 튜브일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있다. 파이프라인(112)은 적어도 하나의 파이프 및/또는 적어도 하나의 파이프라인 세그먼트(114) 및/또는 적어도 하나의 파이프라인 코일을 포함할 수 있다. 파이프라인 세그먼트(114)는 파이프라인(112)의 소구역일 수 있다. 파이프라인(112)의 기하구조 및/또는 표면 및/또는 재료는 이송될 공급원료에 따라 달라질 수 있다.
도 1a는 디바이스가 하나의 파이프라인(112)을 갖는 것인 작업 실시예를 제시한다. 디바이스(110)는 복수의, 예를 들어 도 1b에 제시된 바와 같이 2개의, 또는 도 1c에 제시된 바와 같이 3개의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 가질 수 있다. 디바이스(110)는 l개의 파이프라인(112)을 가질 수 있으며, 여기서 l은 2 이상의 자연수이다. 예를 들어, 디바이스(110)는 적어도 2, 3, 4, 5개 또는 그 초과의 파이프라인(112)을 가질 수 있다. 디바이스(110)는, 예를 들어, 최대 100개의 파이프라인(112)을 가질 수 있다. 파이프라인(112)은 동일하거나 또는 상이한 구성을 가질 수 있다.
파이프라인(112)은 관통-연결될 수 있으며, 그에 따라 공급원료를 수용하기 위한 파이프 시스템(118)을 형성할 수 있다. 파이프 시스템(118)은, 특히 서로 연결된 적어도 2개의 파이프라인(112)으로 구성된 장치일 수 있다. 파이프 시스템(118)은 투입 및 배출 파이프라인을 포함할 수 있다. 파이프 시스템(118)은 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 유입구(120)를 포함할 수 있다. 파이프 시스템(118)은 공급원료를 방출하기 위한 적어도 하나의 유출구(122)를 포함할 수 있다. 파이프라인(112)은 파이프라인(112)이 유체-전도 방식으로 서로 연결되도록 하는 방식으로 관통-연결될 수 있다. 따라서, 파이프라인(112)은 공급원료가 파이프라인(112)을 차례대로 관통해 유동하도록 하는 방식으로 배열되고 연결될 수 있다. 2개 이상의 또는 모든 파이프라인(112)이 직렬로 및/또는 병렬로 구성될 수 있다. 도 1a 내지 1c에서, 공급원료는 직렬로, 즉, 순차적으로 파이프라인(112)을 관통해 유동한다.
그러나, 공급원료가 병렬로 적어도 2개의 파이프라인(112)을 관통해 유동할 수 있도록 하는 방식으로 서로 병렬로 연결되는 것도 가능할 수 있다. 이러한 실시양태는, 예를 들어, 도 3a1 내지 3b2에 제시되어 있다. 파이프라인(112), 특히 병렬로 연결된 파이프라인은 상이한 공급원료를 병렬로 이송하도록 하는 방식으로 설계될 수 있다. 특히, 병렬로 연결된 파이프라인(112)은 상이한 공급원료의 이송을 위해 서로 상이한 기하구조 및/또는 표면 및/또는 재료를 가질 수 있다. 특히 공급원료의 이송을 위한, 다수의 또는 모든 파이프라인(112)은 공급원료가 병렬 구성의 파이프라인(112) 사이에 분할될 수 있도록 하는 병렬 구성일 수 있다.
직렬 연결 및 병렬 연결의 조합이 또한 고려될 수 있다.
예를 들어, 파이프라인(112)은 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 전기 전도성 파이프라인(112)을 포함할 수 있다. 전기 전도성 파이프라인(112)은 전기 전류를 전도하도록 설계될 수 있다. 그러나, 전기 비전도성 파이프라인(112) 또는 전도성 결여 파이프라인(112)으로서의 구성이 또한 고려될 수 있다. 파이프라인(112)은 전기 전도성 또는 전기 절연성 구성을 가질 수 있다. 금속성 파이프라인(112) 및 세라믹 파이프라인(112) 둘 다가 고려될 수 있다.
전기 전도성 파이프라인(112)이 사용되는 경우에, 투입 및 배출 파이프라인은 서로 갈바닉 절연될 수 있다. 파이프라인(112) 및 투입 및 배출 파이프라인은 파이프라인(112) 및 투입 및 배출 파이프라인 사이에 전기 전도가 전혀 이루어지지 않고/거나 허용가능한 전기 전도가 이루어지는 방식으로 서로 단리될 수 있다. 디바이스(110)는 적어도 하나의 절연체(124), 특히 복수의 절연체(124)를 포함할 수 있다. 각각의 파이프라인(112) 및 투입 및 배출 파이프라인 사이의 갈바닉 절연이 절연체(124)에 의해 보장될 수 있다. 절연체(124)는 공급원료의 자유 유동을 보장할 수 있다.
디바이스(110)는 적어도 1종의 전류-전도 매체(129)를 포함한다. 디바이스(110)는 전류-전도 매체(129)에 전기 전류를 생성하도록 설계된 적어도 하나의 전력원 또는 전압원(126)을 가지며, 이러한 전기 전류가 전류-전도 매체(129)를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 파이프라인(112)이 가열된다.
전류-전도 매체(129)는 전류-전도 및/또는 자성 특성을 갖는 임의의 매체일 수 있다. 자성 재료, 즉, 자성 특성을 갖는 전류-전도 매체(129)는 히스테리시스 가열 효과로 인해 비-자성 재료보다 더 빠르게 가열될 수 있다. 자성 재료는 급격히 변화하는 자기장에 대해 고유 저항을 가질 수 있다. 불량한 자성 전도성을 갖는 재료, 예를 들어 알루미늄 또는 구리는 그의 낮은 자성 투과성 때문에 덜 효율적으로 가열될 수 있다. 예를 들어, 전류-전도 매체는 강자성 특성을 갖는 적어도 1종의 재료일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있고; 예를 들어, 자성 투과성은 약 1 내지 1000000 H/m일 수 있다. 예를 들어, 전류-전도 매체(129)는 코발트, 철, 니켈 및/또는 페라이트를 포함할 수 있다. 전류-전도 매체(129)는 비저항을 가질 수 있다. 전류-전도 매체(129)는 고-저항 매체일 수 있다. 전류-전도 매체(129)는 0.1 Ωmm2/m ≤ ρ ≤ 1000 Ωmm2/m, 바람직하게는 10 Ωmm2/m ≤ ρ ≤ 1000 Ωmm2/m의 비저항 ρ를 가질 수 있다. 이러한 전류-전도 매체(129)의 사용은 공급원료를 가열하기 위해 필요한 전력의 양의 최소화를 가능하게 할 수 있다.
전류-전도 매체(129)는 물질의 임의의 상태로 존재할 수 있다. 전류-전도 매체(129)는 물질의 고체, 액체 및/또는 가스상 상태로 존재할 수 있으며, 혼합물, 예를 들어 유화액 및 현탁액을 포함할 수 있다. 전류-전도 매체(129)는 전류-전도 과립상 재료 또는 전류-전도 유체일 수 있다. 전류-전도 매체(129)는 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 재료를 포함할 수 있다: 탄소, 탄화물, 규화물, 전기 전도성 오일, 염 용용물, 무기 염 및 고체/액체 혼합물.
전력원 및/또는 전압원(126)은 단상 또는 다상 AC 전력원 및/또는 단상 또는 다상 AC 전압원 또는 DC 전력원 및/또는 DC 전압원을 포함할 수 있다. 디바이스(110)는 전류-전도 매체(129)에 전력원 및/또는 전압원(126)을 전기적으로 연결하는 적어도 하나의 인입선 및 인출선(127)을 가질 수 있다.
디바이스(110)는, 예를 들어, 적어도 하나의 AC 전력원 및/또는 적어도 하나의 AC 전압원을 가질 수 있다. AC 전력원 및/또는 AC 전압원은 단상 또는 다상 공급원일 수 있다. AC 전력원은 교류 전류를 제공하도록 설계된 전력원일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있다. 교류 전류는 시간의 경과에 따라 규칙적인 반복으로 변화하는 극성의 전기 전류일 수 있다. 예를 들어, 교류 전류는 사인파 교류 전류일 수 있다. 단상 AC 전력원은 단일 위상을 갖는 전기 전류를 제공하는 AC 전력원일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있다. 다상 AC 전력원은 1종 초과의 위상을 갖는 전기 전류를 제공하는 AC 전력원일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있다. AC 전압원은 AC 전압을 제공하도록 설계된 전압원일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있다. AC 전압은 시간의 경과에 따라 규칙적으로 반복되는 준위 및 극성의 전압일 수 있다. 예를 들어, AC 전압은 사인파 AC 전압일 수 있다. AC 전압원에 의해 발생된 전압은 전류가 흐르게 하며, 특히 교류 전류가 흐르게 한다. 단상 AC 전압원은 단일 위상을 갖는 AC 전류를 제공하는 AC 전압원일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있다. 다상 AC 전압원은 1종 초과의 위상을 갖는 AC 전류를 제공하는 AC 전압원일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있다.
디바이스(110)는 적어도 하나의 DC 전력원 및/또는 적어도 하나의 DC 전압원을 가질 수 있다. DC 전력원은 DC 전류를 제공하도록 설계된 장치일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있다. DC 전압원은 DC 전압을 제공하도록 설계된 장치일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있다. DC 전력원 및/또는 DC 전압원은 전류-전도 매체에 DC 전류를 발생시키도록 설계될 수 있다. DC 전류는 세기 및 방향의 관점에서 실질적으로 일정한 전기 전류일 수 있다. DC 전압은 실질적으로 일정한 전기 전압일 수 있다.
디바이스(110)는 복수의 전력원 및/또는 전압원(126)을 가질 수 있으며; 예를 들어, 도 1b 및 1c를 참조한다. 전력원 및/또는 전압원은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된다: 단상 또는 다상 AC 전력원 및/또는 단상 또는 다상 AC 전압원 또는 DC 전력원 및/또는 DC 전압원, 및 그의 조합. 디바이스(110)는 2 내지 M개의 상이한 전력원 및/또는 전압원을 가질 수 있으며, 여기서 M은 3 이상의 자연수이다.
전력원 및/또는 전압원(126)은 적어도 하나의 전기 출력 변수를 제어할 가능성의 존재 또는 부재 하에 구성될 수 있다. 예를 들어, 디바이스(110)는 적어도 하나의 컨트롤러(131)를 가질 수 있다. 도 5c 및 5d는 컨트롤러(131)의 사용 실시예를 제시한다. 컨트롤러의 목적은 시스템에 적절한 양의 전압 또는 전력을 가하는 것, 즉, 전류 세기를 제어하는 것일 수 있다. 파이프라인(112)은 상이한 양의 전력을 요구할 수 있다. 예를 들어, 전력의 양은 반응에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 스팀크래커의 경우에, 파이프라인(112)의 시작 지점에서 보다 많은 에너지가 필요할 수 있고, 파이프의 종결 지점에서 보다 적은 에너지가 필요할 수 있다. 예를 들어, 파이프에서의 코킹은 이용 기간에 걸쳐 보다 큰 전기 저항을 유도할 수 있다. 컨트롤러(131)는, 예를 들어, 외부 컨트롤러, 즉, 반응 공간(111) 밖에 배치된 컨트롤러(131)일 수 있다. 전력원 및/또는 전압원(126)은 서로 독립적으로 전기적으로 제어가능할 수 있다. 전력원 및/또는 전압원(126)은 동일하거나 또는 상이한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 디바이스(110)는 디바이스(110)의 상이한 구역에 대해 전류 및/또는 전압이 조정가능하도록 설계될 수 있다. 디바이스(110)는 복수의 파이프라인(112)을 가질 수 있으며, 여기서 파이프라인(112)은 상이한 온도 영역 또는 구역에 속한다. 마찬가지로, 파이프라인(112) 그 자체가 온도 구역을 가질 수 있다. 복수의 전력원 및/또는 전압원(126)을 사용함으로써 특히 전압이 상이한 구역에 대해 달라지게 할 수 있다. 예를 들어, 파이프라인이 지나치게 뜨거워지게 할 너무 높은 전류, 또한 보다 적은 생성물 또는 보다 많은 부산물을 생성할 너무 낮은 전류가 달성되지 않도록 하는 것이 가능하다.
디바이스(110)는 복수의 단상 또는 다상 AC 전력원 또는 AC 전압원을 가질 수 있다. 도 1b 및 1c에 제시된 바와 같이, 파이프라인(112)에 전류-전도 매체(129)가 각각 할당될 수 있으며, 여기서 AC 전력원 및/또는 AC 전압원이, 특히 적어도 하나의 전기적 연결부를 통해 전기적으로 전류-전도 매체(129)에 연결되어 있다. 적어도 2개의 파이프라인(112)이 전류-전도 매체(129) 및 AC 전력원 및/또는 AC 전압원을 공유하는 것인 실시양태가 또한 고려될 수 있다. AC 전력원 또는 AC 전압원과 전류-전도 매체(129)의 연결을 위해, 전기적으로 가열가능한 반응기는 2 내지 N개의 인입선 및 인출선(127)을 가질 수 있으며, 여기서 N은 3 이상의 자연수이다. 각각의 AC 전력원 및/또는 AC 전압원은 주울 열의 발생을 목적으로 각각의 전류-전도 매체(129)에 전기 전류를 발생시키도록 설계될 수 있다.
AC 전력원 및/또는 AC 전압원은 제어 또는 비제어될 수 있다. AC 전력원 및/또는 AC 전압원은 적어도 하나의 전기 출력 변수를 제어할 가능성의 존재 또는 부재 하에 구성될 수 있다. 출력 변수는 전류 값 및/또는 전압 값 및/또는 전류 신호 및/또는 전압 신호일 수 있다. 디바이스(110)는 2 내지 M개의 상이한 AC 전력원 및/또는 AC 전압원을 가질 수 있으며, 여기서 M은 3 이상의 자연수이다. AC 전력원 및/또는 AC 전압원은 독립적으로 전기적으로 제어가능할 수 있다. 예를 들어, 각각의 전류-전도 매체(129)에 상이한 전류가 발생될 수 있고, 파이프라인(112)에서 상이한 온도에 도달할 수 있다.
디바이스(110)는 복수의 DC 전력원 및/또는 DC 전압원을 포함할 수 있다. 도 1b 및 1c에 제시된 바와 같이, 각각의 파이프라인(112)에 전류-전도 매체(129) 및 전류-전도 매체(129)에, 특히 적어도 하나의 전기적 연결부를 통해 전기적으로 연결된 DC 전력원 및/또는 DC 전압원이 할당될 수 있다. DC 전력원 및/또는 DC 전압원과 전류-전도 매체의 연결을 위해, 디바이스(110)는 2 내지 N개의 양극 단자 및/또는 전도체 및 2 내지 N개의 음극 단자 및/또는 전도체를 가질 수 있으며, 여기서 N은 3 이상의 자연수이다. 각각의 DC 전력원 및/또는 DC 전압원은 각각의 전류-전도 매체(129)에 전기 전류를 발생시키도록 설계될 수 있다.
전류-전도 매체(129)에 발생된 전류는, 전기 전류가 전류-전도 매체를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 각각의 파이프라인(112)을 가열하여 공급원료를 가열할 수 있다. 파이프라인(112)의 가온은 파이프라인(112)의 온도 변화, 특히 파이프라인(112)의 온도 상승을 유도하는 작업일 수 있고/거나 그를 포함할 수 있다. 파이프라인(112)의 온도는, 예를 들어 파이프라인(112)에서 일어나는 반응이 그것이 제공받은 만큼의 열을 흡수할 때 일정하게 유지될 수 있다.
디바이스(110)는 공급원료를 200℃ 내지 1700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 1400℃, 보다 바람직하게는 400℃ 내지 875℃의 범위의 온도로 가열하도록 설계될 수 있다. 파이프라인(112)은 전류-전도 매체(129)에 의해 발생된 주울 열을 적어도 부분적으로 흡수하고 그를 공급원료로 적어도 부분적으로 발산하도록 설계될 수 있다. 적어도 1종의 흡열성 반응이 파이프라인(112)에서 일어날 수 있다. 흡열성 반응은 공급원료의 가열 및/또는 예열을 포함할 수 있다.
디바이스(110)는 플랜트의 일부일 수 있다. 예를 들어, 플랜트는 하기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다: 적어도 1종의 흡열성 반응의 수행을 위한 플랜트, 가열을 위한 플랜트, 예열을 위한 플랜트, 스팀크래커, 스팀 개질기, 알칸 탈수소화를 위한 장치, 개질기, 건식 개질을 위한 장치, 스티렌 제조를 위한 장치, 에틸벤젠 탈수소화를 위한 장치, 우레아, 이소시아네이트, 멜라민의 크래킹을 위한 장치, 크래커, 촉매적 크래커, 탈수소화를 위한 장치.
전류-전도 매체(129)는 임의의 용기(140), 예를 들어 파이프 또는 실린더에 배치될 수 있다. 전류-전도 매체(129)는 직접적으로 또는 용기(140)의 가열에 의해 간접적으로 전기적으로 가열될 수 있다.
전류-전도 매체(129) 및 파이프라인(112)은 전류-전도 매체(129)가 파이프라인을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 및/또는 파이프라인이 전류-전도 매체를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 서로에 대해 상대적으로 배열될 수 있다. 도 1a 내지 1c는 전류-전도 매체(129)가 파이프라인(112)을 완전히 둘러싸는 것인 실시양태를 제시한다. 도 1a 내지 1c는 파이프라인(112)이 중공 실린더 내의 내부 실린더로서 배열되고, 전류-전도 매체(129), 예를 들어 과립상 재료에 의해 둘러싸이는 것인 실시양태를 제시한다. 도 1b 및 1c에서, 디바이스(110)는 각각의 파이프라인(112)을 위한 2개의 별개의 용기(140)를 갖는다.
도 2는 본 발명의 디바이스(110)의 추가의 실시양태를 제시한다. 디바이스의 구성과 관련하여서는, 하기 특징과 함께 도 1a의 설명을 참조한다. 이러한 실시양태에서, 디바이스(110)는 유체공학적으로 연결된, 3개의 분지 또는 굴곡부를 갖는 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는다. 그러나, 3개 초과의 분지도 가능하다. 디바이스는 유입구(120) 및 유출구(122)를 갖는다. 공급원료는 유입구(120)에서부터 유출구(122)로 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 관통해 직렬로 유동할 수 있다. 갈바닉 절연을 위해, 디바이스(110)는 절연체(124), 예를 들어 도 2에 제시된 바와 같이 2개의 절연체(124)를 가질 수 있다. 이러한 실시양태에서, 디바이스(110)는 1개의 전력원 및/또는 전압원(126)을 갖는다. 전력원 및/또는 전압원(126)과 전류-전도 매체(129)의 연결을 위해, 디바이스(110)는 전기 인입선 및 인출선(127)을 가질 수 있다.
도 3a1 내지 3b2는 병렬-연결된 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는 실시양태를 제시한다. 도 3a1은 공통의 전류-전도 매체(129)에 의해 둘러싸인 2개의 병렬 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는 실시양태를 제시한다. 도 3a1에서, 디바이스(110)는 공통의 전류-전도 매체(129)에 의해 둘러싸인 3개의 병렬 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는다. 병렬 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 다른 개수가 또한 고려될 수 있다. 도 3a1 및 3a2에서, 디바이스(110)는 유입구(120) 및 유출구(122)를 갖는다. 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)는 공급원료가 적어도 2개의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 관통해 병렬로 유동할 수 있도록 하는 방식으로 서로 연결될 수 있다. 병렬로 연결된 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)는 서로 상이한 기하구조 및/또는 표면 및/또는 재료를 가질 수 있다. 예를 들어, 병렬로 연결된 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)는 상이한 개수의 분지 또는 굴곡부를 가질 수 있다.
도 3b1은 전류-전도 매체(129)에 의해 각각 둘러싸인 2개의 병렬 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 제시하며, 여기서 각각의 전류-전도 매체(129)는 별개의 용기(140)에 배치되어 있다. 전류-전도 매체(129)는 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 전류-전도 매체(129)는 온도 요건에 따라 선택될 수 있다. 도 3b1에서, 디바이스(110)는 유입구(120)를 가지며, 여기에서 공급원료가 후속적으로 2개의 파이프 대열로 분할되고, 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 관통해 병렬로 통과한다. 병렬 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 관통해 통과한 후에, 공급물은 다시 합쳐지고 유출구(122)를 통해 반응성 공간(111)에서 빠져나올 수 있다. 도 3b2는 3개의 병렬 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는 상응하는 실시양태를 제시한다. 도 3a1 내지 3b2에서, 전력원 및/또는 전압원은 컨트롤러(131)에 의한 제어의 가능성의 존재 하에 또는 가능한 제어의 부재 하에 구성될 수 있다. 도 3은 컨트롤러(131)를 갖지 않는 실시양태를 제시한다. 도 3에서, 각각의 파이프라인(112)에 전용 전력원 또는 전압원(126) 및 반응성 공간 또는 가열기(111) (반응 박스라고도 지칭됨)가 할당된다. 반응성 공간 또는 가열기(111)는 갈바닉 벽(130)에 의해 서로 절연될 수 있다. 도 5는 전력원 또는 전압원(126)이 다수의 파이프라인(112)을 위해 사용되는 것인 실시양태를 제시한다. 공통의 전력원 또는 전압원(126)이 다수의 파이프라인(112)을 위해 하나 이상의 컨트롤러와 함께 사용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 디바이스(110)의 추가의 실시양태를 제시한다. 디바이스의 구성과 관련하여서는, 하기 특징과 함께 도 2에 관한 설명을 참조한다. 이러한 실시양태에서, 디바이스(110)는 유체공학적으로 연결된, 복수의 분지 또는 굴곡부를 갖는 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는다. 이러한 실시양태에서, 디바이스(110)는 3상 AC 전력원 또는 AC 전압원(126)을 추가로 포함한다. 3개의 외부 전도체는 L1, L2 및 L3으로 표시되고, 중성선은 N으로 표시된다. nx3개의 전도체를 갖는 다상 AC 전력원 또는 AC 전압원이 또한 고려될 수 있다.
파이프라인(112)은 대칭 및/또는 비대칭 파이프 및/또는 그의 조합을 포함할 수 있다. 파이프라인(112)의 기하구조 및/또는 표면 및/또는 재료는 이송될 공급원료에 따라 달라질 수 있다. 전적으로 대칭 구성의 경우에, 디바이스(110)는 동일한 파이프 타입의 파이프라인(112)을 포함할 수 있다. 디바이스(110)는, 예를 들어, 목적에 따라 병렬로 또는 직렬로 또한 연결될 수 있는 파이프 타입의 임의의 조합을 가질 수 있다. 파이프 타입은 특정한 특색에 의해 특징화되는 하나의 카테고리 또는 파이프라인(112) 설계일 수 있다. 파이프 타입은 하기로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 특색에 의해 특징화될 수 있다: 파이프라인(112)의 수평 구성; 파이프라인의 수직 구성; 유입구에서의 길이 (l1) 및/또는 유출구에서의 길이 (l2) 및/또는 전이부에서의 길이 (l3); 유입구에서의 직경 (d1) 및 유출구에서의 직경 (d2) 및/또는 전이부에서의 직경 (d3); 통과 횟수 n; 통과당 길이; 통과당 직경; 기하구조; 표면; 및 재료. 디바이스(110)는 병렬로 및/또는 직렬로 연결된 적어도 2종의 상이한 파이프 타입의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 유입구에서의 길이 (l1) 및/또는 유출구에서의 길이 (l2) 및/또는 전이부에서의 길이 (l3)이 상이한 파이프라인(112)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(110)는 유입구에서의 직경 (d1) 및/또는 유출구에서의 직경 (d2) 및/또는 전이부에서의 직경 (d3)이 비대칭인 파이프라인(112)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(110)는 상이한 통과 횟수를 갖는 파이프라인(112)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(110)는 상이한 통과당 길이 및/또는 상이한 통과당 직경의 통과를 갖는 파이프라인(112)을 포함할 수 있다. 원칙적으로, 병렬의 및/또는 직렬의 임의의 파이프 타입의 임의의 조합이 고려될 수 있다.
디바이스(110)는 복수의 유입구(120) 및/또는 유출구(122) 및/또는 생성 스트림을 포함할 수 있다. 상이하거나 또는 동일한 파이프 타입의 파이프라인(112)이 복수의 유입구(120) 및/또는 유출구(122)와 함께 병렬로 및/또는 직렬로 배열될 수 있다. 파이프라인(112)은 구성 키트의 형태로 다양한 파이프 타입의 형태를 취할 수 있으며, 최종 용도에 따라 필요한 대로 선택되고 조합될 수 있다. 상이한 파이프 타입의 파이프라인(112)의 사용은 공급물에 변동이 있는 경우에 반응의 보다 정확한 온도 제어 및/또는 조정 및/또는 선택적 반응 수율 및/또는 최적화된 방법론을 가능하게 할 수 있다. 파이프라인(112)은 동일하거나 또는 상이한 기하구조 및/또는 표면 및/또는 재료를 포함할 수 있다.
도 6Ai 내지 6Civ는 파이프 타입의 예시적인 가능한 실시양태를 개략적 다이어그램으로 제시한다. 도 6Ai 내지 6Civ는 각각 파이프 타입을 명시한다. 이는 하기 카테고리로 분류될 수 있으며, 여기서 카테고리의 모든 고려될 수 있는 조합이 가능하다:
- 카테고리 A는 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 흐름 방향을 지시하며, 여기서 A1은 수평 흐름 방향을 갖는 파이프 타입을 나타내고, A2는 수직 흐름 방향, 즉, 수평 흐름 방향에 직각인 흐름 방향을 갖는 파이프 타입을 나타낸다.
- 카테고리 B는 유입구에서의 길이 (l1) 및/또는 유출구에서의 길이 (l2) 및/또는 유입구에서의 직경 (d1) 및/또는 유출구에서의 직경 (d2) 및/또는 전이부에서의 직경 (d3)의 비를 명시하며, 여기서 6가지의 상이한 가능한 조합이 구성 키트(134)에 제공되어 있다.
- 카테고리 C는 유입구에서의 길이 (l1) 및/또는 유출구에서의 길이 (l2) 및 통과 길이의 비를 지시한다. 여기서 모든 조합이 고려될 수 있으며, 본 건의 경우에 Ci로 표시된다.
- 카테고리 D는 적어도 하나의 파이프라인(112) 및/또는 적어도 하나의 파이프라인 세그먼트(114)가 갈바닉 절연 및/또는 접지(125)의 존재 하에 구성되는지 또는 부재 하에 구성되는지를 지시한다. 갈바닉 절연은, 예를 들어, 절연체(124)를 사용하여 구성될 수 있다. D1은 갈바닉 절연이 파이프라인(112) 및/또는 파이프 세그먼트(114)의 유입구(120)에 제공되고, 갈바닉 절연이 파이프라인(112) 및/또는 파이프 세그먼트(114)의 유출구(122)에 제공되는 파이프 타입을 나타낸다. D2는 갈바닉 절연이 파이프라인(112) 및/또는 파이프 세그먼트(114)의 유입구(120)에 제공되고, 접지(125)가 파이프라인(112) 및/또는 파이프 세그먼트(114)의 유출구(122)에 제공되는 파이프 타입을 나타낸다. D3은 갈바닉 절연이 파이프라인(112) 및/또는 파이프 세그먼트(114)의 유입구(120)에만 제공되는 파이프 타입을 나타낸다. D4는 접지(125)가 파이프라인(112) 및/또는 파이프 세그먼트(114)의 유입구(120)에만 제공되는 파이프 타입을 나타낸다. D5는 유입구(120) 및 유출구(122)에서의 접지(125)의 부재 하에 및/또는 유입구(120) 및 유출구(122)에서의 갈바닉 절연의 부재 하에 파이프라인(112) 및/또는 파이프 세그먼트(114)가 제공되는 파이프 타입을 나타낸다.
- 카테고리 E는 공급원료의 유동 방향을 지시한다. 공급원료는 원칙적으로 두 방향의 유동으로 유동할 수 있다. 공급원료가 제1 유동 방향으로 유동하는 파이프 타입은 파이프 타입 E1로서 지칭되고, 공급원료가 제2 유동 방향으로 유동하는 파이프 타입은 파이프 타입 E2로서 지칭된다. 제1 및 제2 유동 방향은 서로 반대일 수 있다.
- 카테고리 F는 전극의 개수를 포함한다: F1은 전극의 개수가, 예를 들어 DC 전력원 또는 AC 전력원의 경우에, ≤ 2인 것을 지시한다. F2는 전극의 개수가, 예를 들어 3상 전력원의 경우에, > 2인 것을 지시한다.
도 6Ai은 파이프 타입 A1D1Fi의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 제시한다. 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)는 수평 흐름 방향을 갖는다. 이러한 실시양태에서, 디바이스(110)는 유입구(120)를 지나서 그리고 유출구(122) 전에 배치된 2개의 절연체(124)를 갖는다. 도 6Ai의 추가의 요소와 관련하여서는, 도 1a의 설명을 참조할 수 있다. 도 6Ai은 유입구(120) 및 유출구(122)에서의 양방향 화살표에 의해 예로서 가능한 유동 방향 Ei를 제시한다. 추가의 도 6에서, 유입구(120) 및 유출구(122)는 집합적으로 나타내어진다.
도 6Aii의 작업 실시예는 파이프 타입 A1D2Fi를 제시하고, 디바이스(110)가 단 1개의 절연체(124)를 가지며 제2 절연체 대신에 접지(125)가 제공된다는 점에서 도 6Ai과 상이하다. 도 6Aiii의 작업 실시예는 파이프 타입 A1D3Fi를 제시하고, 접지(125)가 제공되지 않는다는 점에서 도 6Aii와 상이하다. 도 6Aiv, 즉, 파이프 타입 A1D4Fi에서는, 디바이스(110)가 도 6Aiii과 비교하여 절연체 대신에 접지(125)만을 갖는다. 도 6Av, 즉, 파이프 타입 A1D5Fi에 제시된 바와 같이, 절연체(124) 또는 접지(125)가 부재하는 실시양태가 또한 가능하다.
도 6Bi, 즉, 파이프 타입 BiD1Fi는 유입구에서의 길이 (l1), 유출구에서의 길이 (l2) 및 전이부에서의 길이 (l3) 및 유입구에서의 직경 (d1), 유출구에서의 직경 (d2) 및 전이부에서의 직경 (d3)을 제시한다. 디바이스(110)는 유입구에서의 길이 (l1) 및/또는 유출구에서의 길이 (l2) 및/또는 전이부에서의 길이 (l3) 및/또는 유입구에서의 직경 (d1) 및/또는 유출구에서의 직경 (d2) 및/또는 전이부에서의 직경 (d3)이 상이한 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 포함할 수 있다. 도 6Bi의 추가의 요소와 관련하여서는, 도 1의 설명을 참조할 수 있다. 도 6Bii의 작업 실시예는 파이프 타입 BiD2Fi를 제시하고, 디바이스(110)가 단 1개의 절연체(124)를 가지며 제2 절연체 대신에 접지(125)가 제공된다는 점에서 도 6Bi과 상이하다. 도 6Biii의 작업 실시예는 파이프 타입 BiD3Fi를 제시하고, 접지(125)가 제공되지 않는다는 점에서 도 6Bii와 상이하다. 도 6Biv, 즉, 파이프 타입 BiD4Fi에서는, 디바이스(110)가 도 6Biii과 비교하여 절연체 대신에 접지(125)만을 갖는다. 도 6Bv, 즉, 파이프 타입 BiD5Fi에 제시된 바와 같이, 절연체(124) 또는 접지(125)가 부재하는 실시양태가 또한 가능하다.
도 6Ci, 즉, 파이프 타입 CiD1Fi는 디바이스(110)가 n회, 예를 들어 여기서 제시된 바와 같이 3회의 복수의 통과가 이루어지는 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는 것인 작업 실시예를 제시한다. 통과는 상이한 길이 l3, l4, l5 및/또는 직경 d3, d4, d5를 각각 가질 수 있다. 도 6Ci의 추가의 요소와 관련하여서는, 도 2의 설명을 참조할 수 있다. 도 6Cii의 작업 실시예는 파이프 타입 CiD2Fi를 제시하고, 디바이스(110)가 단 1개의 절연체(124)를 가지며 제2 절연체 대신에 접지(125)가 제공된다는 점에서 도 6Ci과 상이하다. 도 6Ciii의 작업 실시예는 파이프 타입 CiD3Fi를 제시하고, 접지(125)가 제공되지 않는다는 점에서 도 6Cii와 상이하다. 도 6Civ, 즉, 파이프 타입 CiD4Fi에서는, 디바이스(110)가 도 6Ciii과 비교하여 절연체 대신에 접지(125)만을 갖는다. 도 6Cv, 즉, 파이프 타입 CiD5Fi에 제시된 바와 같이, 절연체(124) 또는 접지(125)가 부재하는 실시양태가 또한 가능하다. 도 6Ci 내지 6Cvi은 파이프라인(112) 및/또는 파이프 세그먼트(114)의 시작 또는 종결 지점에서의 전기 인입선 또는 인출선(127)의 연결을 통해 교류 전류가 공급되는 파이프 타입을 제시한다. 도 6Cvi은 파이프라인(112) 및/또는 파이프 세그먼트(114)를 따라 중간에서 교류 전류가 공급되는 파이프 타입 CiFi를 제시한다.
디바이스(110)는 병렬로 및/또는 직렬로 연결된 적어도 2종의 상이한 파이프 타입의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(110)는 유입구에서의 길이 (l1) 및/또는 유출구에서의 길이 (l2) 및/또는 전이부에서의 길이 (l3)이 상이한 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 가질 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 유입구에서의 직경 (d1) 및/또는 유출구에서의 직경 (d2) 및/또는 전이부에서의 직경 (d3)이 비대칭인 파이프라인 및/또는 파이프라인 세그먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(110)는 상이한 통과 횟수를 갖는 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(110)는 상이한 통과당 길이 및/또는 상이한 통과당 직경의 통과를 갖는 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 포함할 수 있다.
원칙적으로, 병렬의 및/또는 직렬의 임의의 파이프 타입의 임의의 조합이 고려될 수 있다. 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)는 구성 키트(134)의 형태로 다양한 파이프 타입의 형태를 취할 수 있으며, 최종 용도에 따라 필요한 대로 선택되고 조합될 수 있다. 도 7a는 다양한 파이프 타입을 갖는 구성 키트(134)의 실시양태를 제시한다.
도 7b 내지 7y는 동일한 및/또는 상이한 파이프 타입의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 조합의 본 발명의 작업 실시예를 제시한다. 도 7b는 순차적으로 배열된, 파이프 타입 A1의 3개의 수평 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는 작업 실시예를 제시한다. 도 7c는 병렬로 연결된 파이프 타입 A2의 2개의 수직 파이프 및 마찬가지로 파이프 타입 A2의 1개의 하류 파이프라인(112) 및/또는 1개의 하류 파이프라인 세그먼트(114)를 제시한다. 도 7d는 모두가 병렬로 연결된, 파이프 타입 A2의 복수의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 제시한다. 도 7e는 카테고리 B의 복수의 파이프 타입이 순차적으로 배열된 실시양태를 제시한다. 여기서, 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)는 Bi에 의해 식별되는, 카테고리 B의 동일하거나 또는 상이한 파이프 타입일 수 있다. 도 7f는 2개의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 2개의 병렬 대열의 배열 및 하류에서 연결된 2개의 추가의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는, 카테고리 B의 6개의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는 실시양태를 제시한다. 도 7g는 2개의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 병렬 연결 및 하류에서 연결된 1개의 파이프라인(112) 및/또는 1개의 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는, 카테고리 C의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)를 갖는 실시양태를 제시한다. 도 7h 내지 7m에 제시된 바와 같이, 카테고리 A, B 및 C의 혼합 형태가 또한 가능하다. 디바이스(110)는 복수의 공급물 유입구 및/또는 공급물 유출구 및/또는 생성 스트림을 가질 수 있다. 예를 들어 도 7k 및 7m에 제시된 바와 같이, 상이하거나 또는 동일한 파이프 타입의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)가 복수의 공급물 유입구 및/또는 공급물 유출구와 함께 병렬로 및/또는 직렬로 배열될 수 있다.
도 7n 내지 7p는 카테고리 A, D 및 Fi의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 예시적인 조합을 제시한다. 도 7q 및 7r은 카테고리 B, D 및 Fi의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 예시적인 조합을 제시한다. 도 7s는 카테고리 C, D 및 Fi의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 예시적인 조합을 제시한다. 도 7t는 카테고리 A, D 및 Fi의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 예시적인 조합을 제시한다. 도 7u는 카테고리 A, C, D 및 Fi의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 예시적인 조합을 제시한다. 도 7v는 카테고리 B, C, D 및 Fi의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 예시적인 조합을 제시한다. 도 7w 및 7y는 카테고리 A, B, C, D 및 Fi의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 예시적인 조합을 제시한다. 도 7x는 카테고리 A, B, D 및 Fi의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 예시적인 조합을 제시한다. 디바이스(110)는 복수의 공급물 유입구 및/또는 공급물 유출구 및/또는 생성 스트림을 가질 수 있다. 카테고리 A, B, C, D 및 E의 상이하거나 또는 동일한 파이프 타입의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)가 복수의 공급물 유입구 및/또는 공급물 유출구와 함께 병렬로 및/또는 직렬로 배열될 수 있다. 복수의 공급물 유입구 및/또는 공급물 유출구 및/또는 생성 스트림의 예가 도 7o, 7p, 7r, 7s, 7v 내지 7y에 제시되어 있다.
상이한 파이프 타입의 파이프라인(112) 및/또는 파이프라인 세그먼트(114)의 사용은 공급물에 변동이 있는 경우에 반응의 보다 정확한 온도 제어 및/또는 조정 및/또는 선택적 반응 수율 및/또는 최적화된 화학 공학을 가능하게 할 수 있다.
도 8a 내지 8e는 본 발명의 디바이스의 추가의 작업 실시예의 개략적 다이어그램을 제시한다. 도 8a는 전류-전도 매체(129)를 포함하며 내부 실린더 형태의 파이프라인(112)을 둘러싼 중공 실린더 형태의 용기(140)를 제시한다. 도 8b는 디바이스(110)가 반응 유체라고도 지칭되는 공급원료를 포함하는 다수의 파이프라인(112)을 가지며, 여기서 전류-전도 매체(129)로 채워진 실린더 형태의 용기(140)가 파이프라인(112) 주위에 배열되는 것인 실시양태를 제시한다. 도 8c는 디바이스(110)가 전류-전도 매체(129)를 포함하는 다수의 튜브를 가지며, 여기서 공급원료를 포함하는 파이프라인(112)이 튜브 주위에 배열되는 것인 실시양태를 제시한다. 도 8d에 제시된 바와 같이, 전류-전도 매체(129)를 포함하는 다수의 실린더가 공급원료를 포함하는 파이프라인(112) 주위에 링의 형태로 배열될 수 있다. 도 8e에 제시된 바와 같이, 파이프라인(112)은 나선형 형태일 수 있으며, 전류-전도 매체(129)를 포함하는 실린더가 파이프라인(112) 주위에 배열될 수 있다. 도 8f는 유입구(120) 및 유출구(122)가 파이프라인(112)의 동측에 배열되는 비대칭 파이프라인(112)을 제시한다. 도 8g는 추가의 링-형상의 실시양태를 제시하며, 여기서 각각의 링(141)에 전용 전력원 또는 전압원(126)이 할당되어 이러한 실시양태의 링(141)은 개별적으로 가열된다. 예를 들어, 링(141) 중 하나는 예열을 위해 사용될 수 있고 나머지 하나는 반응을 위해 사용될 수 있거나, 또는 링(141) 둘 다가 예열 작업 또는 반응을 위해 사용될 수 있다.
도 9a 내지 9g는 본 발명의 디바이스(110)의 추가의 작업 실시예의 추가의 개략적 다이어그램을 제시한다. 도 9a 내지 f는 전류-전도 매체(129)가 3상 교류 전류 또는 3상 AC 전압에 의해 가열되는 것인 실시양태를 제시한다. 3개의 외부 전도체는 L1, L2 및 L3으로 표시되고, 중성선은 N으로 표시된다. 도 9a에서, 공급원료를 위한 내부 실린더를 갖는 전류-전도 매체(129)를 위한 중공 실린더가 제공된다. 도 9b는 전류-전도 매체(129)로 채워진 실린더에 의해 둘러싸인 다수의 파이프라인(112)을 갖는 실시양태를 제시한다. 도 9c에서, 전류-전도 매체(129)를 포함하는 실린더 형태의 다수의 용기(140)가 제공되며, 이는 공급원료를 포함하는 파이프라인(112)에 의해 둘러싸인다. 도 9d는 공급원료를 포함하는 파이프라인(112) 주위에 배열된, 전류-전도 매체(129)를 포함하는 3개의 링(141)을 갖는 실시양태를 제시한다. 도 9e는 전류-전도 매체(129)를 포함하는 실린더에 의해 둘러싸인, 공급원료를 포함하는 나선형-형상의 파이프라인(112)을 제시한다. 파이프라인(112)에 의해 둘러싸인, 전류-전도 매체(129)를 포함하는 나선형-형상의 튜브가 제공되는 것인 실시양태도 고려될 수 있다. 전기 공학 목적으로 파이프라인의 종속, 예를 들어 실린더 내의 다수의 나선형-형상의 요소를 갖는 실시양태가 또한 가능하다. 도 9f는 비대칭의 파이프라인(112)을 갖는 실시양태를 제시한다. 비대칭은 일반적으로 가능할 수 있으며; 예를 들어, 유입구(120) 및 유출구(122)가 파이프라인의 동측에 있을 수 있다. 도 9g는 전류-전도 매체(129)가 파이프라인(112)의 다양한 영역 주위의 중공 실린더에 배열되고, 전기 공학 목적으로 배열되는 것인 실시양태를 제시한다.
도 10은 파이프라인(112)의 유도 가열이 이루어지는 실시양태를 제시한다. 디바이스(110)는 적어도 하나의 코일(132)을 가질 수 있다. 코일(132)에 전압 또는 전류를 공급하도록 설계된, 전력원 또는 전압원(126)이 코일(132)에 연결될 수 있다. 전류-전도 매체(129) 및 코일(132)은 코일(132)의 전자기장이 전류-전도 매체에 전기 전류를 유도하도록 배열될 수 있으며, 이러한 전기 전류가 전류-전도 매체(129)를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 전류-전도 매체가 가열되어 공급원료가 가열된다. 코일 기하구조는 임의의 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 코일(132)은 수직, 수평, 실린더 또는 그밖의 상이한 구성을 가질 수 있다. 다수의 유도 가열기가 반응성 공간 또는 가열기(111)에 제공될 수 있으며, 이는, 예를 들어, 병렬, 직렬 또는 이와 상이한 배열을 가질 수 있다.
110 디바이스
111 반응성 공간 또는 가열기
112 파이프라인
114 파이프라인 세그먼트
118 파이프 시스템
120 유입구
122 유출구
124 절연체
125 접지
126 전압원/전력원
127 전기 인입선 및 인출선
128 전극
129 전류-전도 매체
130 갈바닉 절연 벽
131 컨트롤러
132 코일
133 전극 브릿지
134 구성 키트
140 용기, 예를 들어 실린더
141 링

Claims (14)

  1. 적어도 1종의 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 파이프라인(112)을 포함하는 디바이스(110)로서, 상기 디바이스(110)가 적어도 1종의 전류-전도 매체(129)를 가지며, 상기 전류-전도 매체(129)는 0.1 Ωmm2/m ≤ ρ ≤ 1000 Ωmm2/m의 비저항 ρ를 갖고, 상기 디바이스(110)가 전류-전도 매체(129)에 전기 전류를 발생시키도록 설계된 적어도 하나의 전력원 또는 전압원(126)을 가지며, 이러한 전기 전류가 전류-전도 매체(129)를 통과할 때 발생하는 주울(Joule) 열에 의해 파이프라인(112)이 가열되는 것인 디바이스(110).
  2. 제1항에 있어서, 디바이스(110)가 공급원료를 200℃ 내지 1700℃, 바람직하게는 300℃ 내지 1400℃, 보다 바람직하게는 400℃ 내지 875℃의 범위의 온도로 가열하도록 설계되는 것인 디바이스(110).
  3. 제2항에 있어서, 전류-전도 매체(129) 및 파이프라인(112)이 전류-전도 매체(129)가 파이프라인(112)을 적어도 부분적으로 둘러싸도록 및/또는 파이프라인(112)이 전류-전도 매체(129)를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 서로에 대해 상대적으로 배열되는 것인 디바이스(110).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전류-전도 매체(129)가 고체, 액체, 가스상 및 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 물질의 고체, 액체 및/또는 가스상 상태로 존재하는 것인 디바이스(110).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 전류-전도 매체(129)가 전류-전도 과립상 재료 또는 전류-전도 유체인 디바이스(110).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전류-전도 매체(129)가 탄소, 탄화물, 규화물, 전기 전도성 오일, 염 용용물, 무기 염 및 고체/액체 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 재료를 포함하는 것인 디바이스(110).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 전류-전도 매체(129)가 10 Ωmm2/m ≤ ρ ≤ 1000 Ωmm2/m의 비저항 ρ를 갖는 것인 디바이스(110).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 전력원 및/또는 전압원(126)이 단상 또는 다상 AC 전력원 및/또는 단상 또는 다상 AC 전압원, 또는 DC 전력원 및/또는 DC 전압원을 포함하는 것인 디바이스(110).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 디바이스(110)가 복수의 파이프라인(112)을 갖고, 상기 디바이스(110)가 l개의 파이프라인(112)을 가지며, 여기서 l은 2 이상의 자연수이며, 상기 파이프라인(112)은 대칭 또는 비대칭 파이프 및/또는 그의 조합을 갖는 것인 디바이스(110).
  10. 제9항에 있어서, 파이프라인(112)이 직경 및/또는 길이 및/또는 기하구조와 관련하여 상이한 구성을 갖는 것인 디바이스(110).
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 2개 이상의 또는 모든 파이프라인(112)이 직렬 및/또는 병렬 구성을 갖는 것인 디바이스(110).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 공급원료가 열 분열에 적용될 탄화수소 및/또는 혼합물인 디바이스(110).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 디바이스(110)를 포함하는 플랜트로서, 적어도 1종의 흡열성 반응의 수행을 위한 플랜트, 가열을 위한 플랜트, 예열을 위한 플랜트, 스팀크래커, 스팀 개질기, 알칸 탈수소화를 위한 장치, 개질기, 건식 개질을 위한 장치, 스티렌 제조를 위한 장치, 에틸벤젠 탈수소화를 위한 장치, 우레아, 이소시아네이트, 멜라민의 크래킹을 위한 장치, 크래커, 촉매적 크래커, 탈수소화를 위한 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 플랜트.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 디바이스(110)를 사용하여 적어도 1종의 공급원료를 가열하는 방법으로서, 하기 단계를 포함하는 방법:
    - 공급원료를 수용하기 위한 적어도 하나의 파이프라인(112)을 제공하고, 파이프라인(112)에서 공급원료를 수용하는 단계;
    - 적어도 하나의 전력원 및/또는 적어도 하나의 전압원(126)을 제공하는 단계;
    - 디바이스(110) 내의 전류-전도 매체(129)에 전기 전류를 발생시키며, 이러한 전기 전류가 전류-전도 매체(112)를 통과할 때 발생하는 주울 열에 의해 파이프라인(112)을 가열하여 공급원료를 가열하고, 상기 전류-전도 매체(129)는 0.1 Ωmm2/m ≤ ρ ≤ 1000 Ωmm2/m의 비저항 ρ를 갖는 것인 단계.
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