KR20230106640A

KR20230106640A - 화학 반응을 수행하기 위한 반응기

Info

Publication number: KR20230106640A
Application number: KR1020237018641A
Authority: KR
Inventors: 마르틴 호프슈테터; 클라라 델옴므-노이데커; 하인츠 포젤트; 마티유 젤후버
Original assignee: 린데 게엠베하; 바스프 에스이
Priority date: 2020-11-06
Filing date: 2021-09-09
Publication date: 2023-07-13
Also published as: US20240100498A1; CN116547065A; CA3198693A1; EP3995207A1; JP2023547488A; WO2022096180A1; ES2951414T3; HUE062727T2; EP3995207B1

Abstract

본 발명은 공정 유체를 가열하기 위해 M-상의 교류 전류를 사용하여 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기에 관한 것이다. 반응기는 반응기 벽과 적어도 하나 이상의 M개의 반응관 그룹을 포함하며, 각각의 반응관은 해당 가열 길이에 걸쳐 첫 번째 및 두 번째 제거 영역 사이로 연장되는 전기적으로 가열이 가능한 가열 영역을 가지며, 각각의 상기 가열 영역은 상기 가열 영역의 가열 길이의 20%에서 80%에 걸쳐 연장되는 영역 내에 각각의 공급 영역을 가진다. 상기 반응기는 전기적으로 전도성을 갖는 공급 요소를 포함하며, 각 반응관 그룹 M은 상기 그룹의 공급 영역에 연결된 공급 요소와 짝을 이루며, 교류 전류의 다른 상들은 그룹과 짝을 이룬 다른 공급요소에 공급된다. 상기 반응기는 전기적으로 전도성을 갖는 첫 번째 및 두 번째 제거 요소를 포함하며, 각각의 그룹은 상기 그룹의 첫 번째 또는 두 번째 제거 영역에 연결된 M개의 첫 번째 및 M개의 두 번째 제거 요소와 짝을 이룬다. 상기 반응기는 적어도 하나 이상의 첫 번째 및 두 번째 스타 브릿지를 포함하며, 각각의 그룹은 첫 번째 및 두 번째 스타 브릿지와 짝을 이루고, 각각의 그룹에 대하여 상기 그룹과 짝을 이루는 상기 첫 번째 제거 요소은 상기 그룹과 짝을 이루는 상기 첫 번째 스타 브릿지와 연결되고, 상기 그룹과 짝을 이룬 상기 두 번째 제거 요소는 상기 그룹과 짝을 이룬 상기 두 번째 스타 브릿지와 연결된다.

Description

화학 반을을 수행하기 위한 반응기

본 발명은 공정 유체를 가열하기 위해 다상 교류를 이용하는 공정 유체내에서 화학 반응을 일으키기 위한 반응기에 관한 것이다.

화학 산업에서 일련의 공정에서는 한 개 이상의 반응물이 가열된 반응관을 통해서 반응하여 촉매적 또는 무촉매적으로 전환되는 반응기가 사용된다. 가열은 특히 화학 반응이 발생하기 위해 필요한 활성화 에너지 요구를 극복하는데 기여한다. 반응은 전체적으로 흡열적으로 진행하거나 활성화 에너지 요구를 극복한 후에는 발열적으로 진행할 수 있다. 본 발명은 특히 강한 흡열 반응에 관한 것이다.

이러한 공정의 예로는 증기 열분해, 다양한 리포밍 공정(특히, 증기 리포밍, 건조 리포밍(이산화탄소 리포밍), 혼합 리포밍 공정), 알켄 탈수소화 공정 등이 있다. 증기 열분해에서 반응관은 튜브코일 형태의 반응기를 통과하도록 하며, 상기 반응관은 반드시 반응기 내에서 적어도 하나의 U-벤드를 가져야 한다. 반면 증기 리포밍에서는 일반적으로 U-벤드 없이 반응기를 통해 연장되는 튜브가 사용된다.

본 발명은 모든 이러한 공정과 반응관 구현에 적합하다. 단지 예시로, Ullmann의 산업화학 백과사전의 "에틸렌", "가스 생산", "프로펜" 등의 글을 참조하면 된다. 예를 들어, 2009년 4월 15일 출판된 DOI: 10.1002/14356007.a10_045.pub2, 2006년 12월 15일 출판된 DOI: 10.1002/14356007.a12_169.pub2, 그리고 2000년 6월 15일 출판된 DOI: 10.1002/14356007.a22_211을 참조할 수 있다.

해당 반응기의 반응관은 보통 버너를 사용하여 가열된다. 반응관은 버너가 배치된 연소실을 통과되게 한다.

현재, 지역적으로 이산화탄소 배출이 없거나 줄인 상태로 생산되는 합성가스와 수소에 대한 수요가 증가하고 있다. 그러나 일반적으로 화석 에너지원을 연소하는 것에 기초한 직화식 반응기가 사용되는 공정은 이러한 수요를 충족시키지 못한다. 또한 고비용 때문에 다른 공정도 거부된다. 예를 들어, 증기 열분해 또는 알켄 탈수소화를 통해 올레핀(olefins) 및/또는 다른 탄화수소를 공급하는 경우에도 이산화탄소 배출에 대한 요구는 동일하게 적용한다. 이러한 경우에 잇어서, 적어도 현장에서 이산화탄소 배출량이 낮은 공정에 대한 요구가 있다.

WO 2015/197181 A1은 파이프라인을 통해 흐르는 유체를 가열하는 반응기을 개시하였다. 전기적으로 전도성이 있는 파이프라인이 스타 포인트 회로(star point circuit)가 형성되도록 교류전원의 여러 상(phase)에 연결되고 파이프라인의 전기 저항에 의해 열이 발생된다.

설계적으로 가열되는 튜브의 길이와 더블어 옴 저항이 제한된다. 그 결과로서 파이프라인에 필요한 가열 출력을 공급하기 위해 고강도의 전류와 낮은 전압의전력 공급장치가 요구되며, 이와 같은 높은 전류를 공급하는 것은 기계적으로 재질적으로 복잡하다.

본 발명의 목적은 독립적인 청구항의 특징을 갖는 화학 반응을 발생시키는 반응기에 의해 달성된다.

본 발명은 각 반응관을 하나의 상에만 연결하고 다수의 반응관을 통해 상의 균형을 확립하는 조치를 이용한다. 반응관이 여러 상에 연결되는 배열과 비교하여 상별로 가열되는 길이 및 저항이 증가하게 된다. 이로 인해 전압을 증가시킴으로써 일정한 전류 강도에서 더 높은 전력 입력을 가능하게 한다 (P = R*I², 여기서 P는 전력, R은 저항, I는 전류 강도). 각 반응관은 각각의 공급 요소를 통해 하나의 전류 공급만 있으므로, 기술적으로 복잡한 고전류 공급의 수 및 그로 인해 발생하는 전력 손실을 줄일 수 있다.

공정 유체를 가열하기 위해 다상 교류 전류를 사용하여 공정 유체 내에서 화학 반응을 발생시키는 반응기는 열 절연 반응기 벽으로 형성된 반응기 용기와 적어도 하나 이상의 다중 반응관들로 구성되며, 여기서 교류 전류는 상의 수 M을 가지며, M은 1보다 큰 정수이다. 다중 반응관들의 각 그룹은 M개의 반응관을 포함하며, 각 반응관은 해당 반응 관의 첫 번째 및 두 번째 제거 영역 사이에 연장되는 전기 가열이 가능한 가열 영역을 가지며 각각의 가열 길이를 가진다. 가열 영역은 반응기 용기 내에서 적어도 가열 길이의 95% 이상에 걸쳐 배치되며, 각각은 가열 영역의 가열 길이의 20%에서 80%까지의 영역에 공급 영역을 갖는다. "20%에서 80%"의 비율은 가열 길이 내의 위치를 나타내며, 즉 0%는 첫 번째(또는 두 번째) 제거 영역의 위치를 나타내고, 50%는 가열 영역의 중간을 나타내며, 100%는 두 번째(또는 첫 번째) 제거 영역의 위치를 나타낸다(즉, 비율을 의미하지 않음).

공급 요소를 통해 전원에 연결된 공급 영역에서는 각각의 경우에 다상 교류 전류의 하나의 상은 가열 영역에 공급된다. 즉, 각 상에 해당하는 교류 전압이 적용된다. 제거 요소를 통해 스타 브리지에 연결된 제거 영역에서는 교류의 각 상이 가열 영역으로부터 제거되거나 방전된다. 스타 브리지는 교류 전류의 다른 상들을 균형시키는 데 사용된다.

반응관들은 전기적으로 가열 가능하거나 전기적으로 가열 가능한 가열 영역을 갖는다는 사실은 반응관 및 특히 가열 영역에 사용되는 재료가 전기 가열에 적합한 전기 전도성을 갖는 재료라는 것을 의미한다. 예로서 내열 강철 합금, 특히 내열 크롬-니켈 강철 합금이 있다. 이러한 강철 합금은 전원 연결 (이를 통해 전기 전류가 반응기 용기로 전도됨) 즉, 공급 요소 및 제거 요소에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 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, GX55NiCrWZr33-30-04와 같은 DIN EN 10027, Part 1, "Materials"에 따른 표준 지정 재료가 사용될 수 있다.

반응기 벽은 적어도 하나의 반응기 벽에 의해 모든 공간 방향에서 둘러싸인 영역을 포함한다. 일반적으로 반응기 벽은 영역을 둘러싸기 위해 서로 결합된 여러 개의 개별 벽들로 구성된다. 따라서 이 것은 하나의 반응기 벽 그룹이라고 할 수 있지만, 간단하게 "반응기 벽"이라는 용어를 사용한다. 둘러싸인 영역 및 따라서 반응기 벽은 부피 형상을 가질 수 있지만, 바람직하게는 정육면체의 형상을 가진다. 반응기 벽은 밀폐된 구조 요소(공급 스루(feedthrough) 또는 관찰 창과 같은)를 가질 수 있지만, 다른 부분과의 연결을 위한 바람직하게는, 반응기 벽 내의 공기 조절을 위한 영구적으로 개방 및/또는 폐쇄 가능한 개구부(즉, 비활성 가스의 주입구 또는 굴뚝 트랙으로의 출구 개구부와 같은)를 가질 수도 있다.

반응기 벽은 반응기 용기(반응기 상자로도 불릴 수 있음)를 형성하는데, 다시 말해, 반응기 벽은 반응기 용기의 벽 또는 벽들을 구성한다. 따라서 "반응기 벽"이라는 용어는 여기서 공정 유체를 위한 탱크를 의미하지 않는다. 반응기 벽에 의해 둘러싸인 영역은 반응기 용기의 내부이다. 설명의 나머지 부분에서 반응기 용기 내의 영역(즉, 반응기 용기의 내부)은 간단하게 "반응기 벽 내부"로도 표현된다. "반응기 벽 내부"라는 표현은 따라서 반응기 벽에 의해 둘러싸인 영역 내를 의미한다. 마찬가지로 반응기 용기 외부 영역은 "반응기 벽 외부"라고도 불린다.

반응기 벽은 열 손실을 감소시키고 반응기 용기 또는 반응기 주변을 열로부터 보호한다. 따라서 가열 길이는 반응기 벽에 의해 둘러싸인 영역 내에 상당 부분에 위치해야 하는데, 다시 말해 본 발명에 따르면 반응기 용기의 내부에 최소한 95% 이상, 바람직하게는 98% 이상, 더 나아가 100%에 해당하는 (즉, 반응기 벽에 의해 완전히 둘러싸인 영역 내의 가열 영역) 것이어야 한다. 이러한 배열은 바람직하게는 대칭적인데, 다시 말해 반응기 벽에 의해 둘러싸인 영역 내 100% 부분을 가열하는 것이 아닌 가열 영역의 경우 반응기 용기 외부에 있는 가열 영역들은 가열길이에 따라 대칭적으로 배열된다. 특히, 제거 영역은 반응기 벽 외부에 위치할 수 있다.

공급 영역은 각각의 경우 바람직하게는 가열 길이의 30%에서 70%로 이어지는 가열 영역 내에 배열되며, 더 바람직하게는 가열 길이의 40%에서 60%로 이어지는 영역에 가열 영역 내에 배열되며, 더욱 바람직하게는 가열 길이의 45%에서 55%로 이어지는 가열 영역 내에 배열된다. 이 것은 공급 영역으로 부터 첫 번째와 두 번째 제거 영역으로 전류를 대칭적으로 분할하는 것을 의미한다.

반응기는 전기 전도성을 갖는 공급 요소들을 더 포함하며, 각 그룹은 그룹의 공급 영역에 전기 전도적으로 연결되는 M개의 공급 요소와 짝을 이룬다. 여기서 교류 전류의 상이한 위상는 그룹과 짝을 이룬 다른 공급 요소에 공급되거나 공급될 수 있다. 공급 요소들은 반응기 벽을 통과하여 원칙적으로는 전력 공급이나 전력 연결을 구성한다. 반응기는 또한 전기 전도성을 갖는 첫 번째 및 두 번째 제거 요소들을 포함하며, 각 그룹은 그룹의 첫 번째 제거 영역 또는 두 번째 제거 영역과 전기 전도적으로 연결된 M개의 첫 번째 제거 요소와 M개의 두 번째 제거 요소와 짝을 이룬다. 제거 요소들은 공급 요소와 공급 영역을 통해 공급된 전기 전류를 분산시키는 역할을 한다. 공급 요소들은 고전류을 공급하는 역할을 한다.

공급 요소와 공급 영역 또는 제거 요소와 제거 영역 사이의 전기 전도성 연결은 맞물림 연결이나 압착 연결 (예: 슬리브) 또는 통합 연결 (예: 용접 연결)을 통해 이루어질 수 있으며, 이들의 조합도 가능하다.

반응기는 적어도 하나의 전기 전도성 첫 번째 스타 브릿지(성형 브릿지)와 적어도 하나의 전기 전도성 두 번째 스타 브릿지를 더 포함하며, 각 그룹은 첫 번째와 두 번째 스타 브릿지와 짝을 이룬다. 각 그룹에 대해 그룹과 짝을 이루는 첫 번째 제거 요소는 그룹과 짝을 이룬 첫 번째 스타 브릿지에 전기 전도적으로 연결되고, 그룹과 짝을 이룬 두 번째 제거 요소는 그룹과 짝을 이룬 두 번째 스타 브릿지에 전기 전도적으로 연결된다. 스타 브릿지를 통해 상이한 위상 간의 전위 균형이 이루어진다.

바람직하게는, 적어도 하나의 첫 번째 스타 브릿지와 적어도 하나의 두 번째 스타 브릿지는 반응기 용기 외부에 배열된다. 반응기 용기 외부 (즉, 반응기 벽 외부)에 스타 브릿지를 배열하는 장점은 반응기 용기 내부에 배열될 경우 요구될 수 있는 열 저항보다 열 저항이 낮은 재료를 사용할 수 있다는 것이다. 이에 따라, 구리와 같은 고전도성을 갖는 재료을 선택될 수 있다.

따라서, 서로 다른 위상, 즉 서로 다른 반응관 사이에서 스타 브릿지를 통한 전기적 저항은 반응관에 연결된 유체 공급관 및 유체 공급 매니폴드 또는 반응관에 연결된 유체 배출관 및 유체 배출 매니폴드에 의해 형성된 연결을 통한 전기 저항보다 상당히 작다. 유체 공급 관은 공정 유체가 각각의 반응관으로 공급되는 관을 의미하며, 마찬가지로 유체 배출 관은 공정 유체가 각각의 반응관에서 배출되는 관을 의미한다. 유체 공급 매니폴드는 공장의 다른 부분에서 오는 공정 유체를 여러 반응관으로 분배하는 여러 개의 공급관에 연결되는 관들이다. 유체 배출 매니폴드는 화학 반응 후 공장의 다른 부분에 유체를 추가 전달하기 위해 여러 반응관에서 오는 것을 위해 수집하기 위한 여러 개의 배출관과 연결되는 관들이다. 유체 공급 매니폴드와 함께 유체 공급 관들은 유체 공급관 어셈블리 또는 공급 헤더로 지칭되며, 유체 배출 매니폴드와 함께 유체 배출 관들은 유체 배출관 어셈블리 또는 배출 헤더로 지칭된다. 유체 공급관 어셈블리와 유체 배출관 어셈블리는 각각 첫 번째 및 두 번째 스타 브릿지와 평행한 반응관들 사이에 전기적 연결을 형성한다.

바람직하게는 첫 번째 및/또는 두 번째 스타 브릿지에 걸쳐진 그룹 내 두 개의 반응관 사이의 전기 저항은 유체 공급관 어셈블리 및/또는 유체 배출관 어셈블리에 회로적으로 병렬로 형성된 전기 저항의 최대 50%, 더 바람직하게는 최대 25%, 더욱 바람직하게는 최대 10% 이내가 되도록 한다.

이는 특히 유체 공급관 어셈블리와 유체 배출관 어셈블리 사이의 전위 차이로 인해 발생할 수 있는 상황(반응기 외부 공장의 다른 부분을 통해 전기 전류가 흐를 수 있는 것)을 줄이기 위해 스타 브릿지를 통해 전위 균형을 실질적으로 달성할 수 있는 장점이 있다.

바람직하게는 첫 번째와 두 번째 제거 영역은 반응기 용기 내부에 배열되며, 첫 번째와 두 번째 제거 요소는 연장된 형태로 반응기 벽을 통해 연장된다. 더 바람직하게는 가열 영역은 반응기 용기 내부에 완전히 배열되도록 한다. 이렇게 함으로써 열 손실을 줄일 수 있다.

바람직하게는 여러 그룹이 적어도 하나의 첫 번째 스타 브릿지와 짝지어지는 경우, 해당 여러 그룹은 동일한 두 번째 스타 브릿지와 짝지어진다.

더 나아가, 적어도 하나의 그룹 중 하나에 대해 이 그룹과 짝지어진 첫 번째와 두 번째 스타 브릿지는 브릿지 연결 수단에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 이렇게 함으로써 스타 브릿지 사이의 잠재적인 전위 차이에 대해 균형를 맞출 수 있다. 이러한 배열은 적어도 하나의 그룹이 여러 그룹을 포함하는 경우에도 존재할 수 있다.

반응기는 바람직하게는 하나 이상의 교류 전류원을 포함하며, 각 교류 전류원은 M 상 라인에 M 상의 교류 전류를 공급한다. 여기서 각 그룹은 하나 이상의 교류 전류원 중 하나와 짝지어지며, 각 그룹에 대해 해당 그룹과 짝지어진 공급 요소는 그룹과 짝지어진 교류 전류원의 상 라인에 연결된다.

바람직하게는 하나 이상의 교류 전류원 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 스타 포인트가 형성되며, 여기서 적어도 하나의 이상의 그룹중 하나의 그룹에 대해 그룹과 짝지어진 첫 번째 및/또는 두 번째 스타 브릿지는 하나 이상의 중성 도체를 통해 그룹과 짝지어진 교류 전류원의 스타 포인트에 연결된다. 이것은 상들 간의 전류 강도에 대한 특정 변화를 허용할 수 있도록 한다.

바람직하게는 하나 이상의 교류 전류원 중 하나는 여러 그룹과 짝지어지며, 이러한 여러 그룹은 동일한 첫 번째 스타 브릿지와 동일한 두 번째 스타 브릿지와 짝지어진다.

바람직하게는 각각의 가열 관 영역은 하나 이상의 U-벤드를 통해 서로 연결된 여러 직선 관 영역을 가지고 있으며, 더 바람직하게는 관 영역들의 수는 짝수이다. 이로 인해 관 코일들은 반응기의 컴팩트한 디자인이 가능하도록 형성된다.

바람직하게는 공급 영역들은 U-벤드 중 하나에 각각 위치한다. U-벤드는 반응기 벽 외부, 반응기 벽 가까이에 위치하므로, 공급 요소에 의해 형성된 고전류 공급은 상대적으로 짧은 거리로 유지될 수 있다.

바람직하게는 제거 요소들은 지지 구조에 연결되기 위한 전기 절연 홀딩 장치에 연결되며, 여기서 홀딩 장치는 해당 제거 요소에 전기적으로 절연되는 방법 및/또는 자체적으로 전기적 절연되어 연결된다. 특히, 제거 요소들이 반응기 벽을 통과하는 경우, 그들은 지지 기능도 수행할 수 있다. 지지 구조는 예를 들어 반응기가 설치된 생산 시설의 일부일 수 있다.

또한, 바람하게는 각각의 반응관에는 지지 구조와 연결하기 위한 적어도 하나의 지지 장치가 제공되며, 이 지지 장치는 반응관에 연결되며, 여기서 적어도 하나의 지지 장치는 반응관에 전기적 절연 방식 및/또는 자체적으로 전기 절연되어 연결되며, 더욱 바람직하게는 U-벤드들 중 하나에 위치한다.

바람직하게는 제거 요소, 유체 배출관 및 유체 공급관을 위한 반응기 벽를 통과하는 모든 공급 스루들(feedthroughs)는 밀폐 벨로우들(sealing bellows)과 같은 적합한 장치를 이용하여 가스 밀폐가 되도록 한다. 이러한 가스 밀폐용 장치는 공급되는 구성 요소와 반응기 벽 사이에 전기적인 접촉이 없도록 하기 위해 전기적으로 절연되도록 설계되어 있다. 이러한 장치는 전류 공급(즉, 공급 요소에 대한)를 수행하기 위해서도 제공될 수 있으며, 특히 작은 열 균형 움직임이 발생할 때, 예를 들어 전류 공급이 도 2에 표시된 것처럼 상단에 배열된 경우에 사용된다.

교류 전류의 서로 다른 두 상 사이의 위상 변이는, 라디안으로 표현하면, 2π*k/M이며, 여기서 k는 1부터 M-1 범위 내의 정수이다. 대칭 부하의 경우, 위상들은 스타 포인트나 스타 브리지에서 서로 상쇄된다.

화학 반응은 최소한 부분적으로 200℃에서 1700℃범위의 온도에서 특히, 300℃에서 1400℃또는 400℃에서 1100℃범위의 온도에서 진행되는 화학 반응일 수 있다. 화학 반응은 바람직하게는 최소한 500℃이상의 온도에서, 더욱 바람직하게는 최소한 700℃이상의 온도에서 일어나는 화학 반응이며, 특히 500℃또는 700℃에서 1100℃까지의 온도 범위에서 부분적으로 일어나는 화학 반응이다. 따라서 제공되는 전기적인 전압/전류는 적절한 가열 전력을 제공하기에 적합하다. 반응기와 전력원은 이러한 온도에서 화학 반응을 수행하고 해당 가열 전력을 제공하기 위해 구성되어 있다. 바람직하게는 화학 반응은 다음 중 하나일 수 있다: 증기 열분해, 증기 리포밍, 건식 리포밍(이산화탄소 리포밍), 프로판 탈수소화, 일반적으로 500℃이상에서 최소한 부분적으로 이루어지는 탄화수소 반응.

본 발명은 우선 증기 열분해나 증기 리포밍에 사용되는 반응관 및 반응기를 기준으로 설명된다. 그러나 본 발명은 다른 반응기 유형에서도 사용될 수 있다. 일반적으로, 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 반응기는 모든 흡열 화학 반응을 수행하는 데 사용될 수 있다.

본 발명은 본 발명의 실시예를 보여주는 도면들를 기준으로 하기와 같이 자세히 설명된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교류 전류원에 연결된 반응기의 사시도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 반응기의 전면도를 보여준다.
도 3은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따른 반응기의 전면도를 보여준다.

도면에서 서로 구조적으로 또는 기능적으로 대응하는 요소들은 동일하거나 유사한 도면 부호로 표시되며, 명확성을 위해 반복해서 설명되지 않는다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 교류 전류원(10)에 연결된 반응기(2)의 (대체적인) 사시도를 보여준다. 반응기(2)는 열 절연된 반응기 벽(4)과 여러 개의 반응관(6u, 6v, 6w)을 가진다. 반응기 벽의 윤곽은 도면에서 2점 쇄선으로 표시되어 있고, 여러 개의 반응관은 이를 통해 공정 유체가 가열되고 흐르며, 여러개의 반응관 내에서 화학 반응이 일어난다. 반응기 벽은 상기한 바와 같이 반응기 용기를 형성한다. 반응관들은 하나의 그룹을 형성한다. 반응관의 수(그룹 내에서)는 교류 전류원의 상 수의 수와 일치하며, 여기에서는 예를 들어 3 상이지만 2 이상의 다른 수도 가능하다. 일반적으로, 반응관의 여러 그룹들이 제공될 수 있으며, 각 그룹 내의 반응관 수는 상의 수와 일치한다. 이러한 일반적인 경우, 하나 이상의 교류 전류원이 제공될 수 있으며, 교류 전류원의 상단자는 서로 다른 그룹의 반응관에 연결될 수 있다. 즉, 교류 전류원은 하나 이상의 반응관 그룹에 교류 전류를 공급하는데, 상기 하나 이상의 그룹들은 교류 전류를 공급하는 교류 전류원과 쌍을 이룬다.

반응관(6u, 6v, 6w) 각각은 첫 번째 제거 영역(22)와 두 번째 제거 영역(23) 사이에 연장되는 가열 영역(20)을 가진다. 도면을 명확하게 하기 위해 상기 도면 부호는 여기뿐만 아니라 이어지는 내용에서 여러 유사한 요소 중 하나를 나타내는 데 사용된다. 첫 번째 및 두번째 제거 영역(22, 23) 사이의 반응관, 즉 가열 영역(20),의 길이을 가열 길이라 한다. 가열 길이는 튜브 코일를 여러 바퀴를 감은 것에 의해 연장되며, 이것은 반응관들 각각에 의해 형성된다. 각 반응관의 가열 영역(20)은 반응기 벽(4) 내에 배열된다.

보다 일반적으로, 도 1과 달리 제거 영역(22, 23)은 반응기 벽 외부에 위치할 수도 있으며, 도 2에 설명되는 바와 같이, 이 경우 가열 영역은 반응기 벽을 통해 연장되고(여기서, 반응기 벽 외부에 위치하는 가열 영역은 열 손실을 피하기 위해 가능한 작아야 한다), 가열 영역은 가열 길이의 최소한 95% 이상을 반응기 벽 내에 위치해야 한다.

반응기 벽(4)은, 공정 가스를 공급 또는 배출하는, 전류를 공급 또는 제거하기 위한 공급 스루를 제외하고, 적어도 상당 부분 공정 유체가 가열되는 가열 영역이 통과하는 반응기(2)의 영역을 위해 폐쇄형 케이싱을 형성한다. 공정 유체의 공급 및 제거는 반응관에 연결된 유체 공급관(26) 또는 유체 배출관(27)를 통해 이루어지며, 각각의 관은 유체 공급 매니폴드(28) 또는 유체 배출 매니폴드(29)에 연결된다. 이를 통해 공정 유체는 다른 생산 설비 부분으로 부터 반응관으로 이송되고, 화학 반응 후에는 반응기로 부터 상기 다른 생산 설비 부분으로 배출된다. 유체 공급관(26)은 유체 공급 매니폴드(28)와 함께 소위 공급 헤더(유체 공급 어셈블리)를 형성하며, 유체 배출관(27)은 유체 배출 매니폴드(29)와 함께 소위 배출 헤더(유체 배출 어셈블리)를 형성한다.

첫 번째 및 두 번째 제거 영역(22, 23) 사이의 가열 길이의 대략적으로 중간인, 일반적으로 20%부터 80% 사이인 위치에 각 반응관(6u, 6v, 6w) 또는 해당 가열 영역(20)은 공급 영역(24)를 가진다. 각 공급 영역(24)은 전기적으로 전도성을 갖는 공급 요소(32)에 전기적으로 전도성을 갖도록 연결되며, 상기 공급 요소는 다시 교류 전류원(10)의 하나의 상 또는 위상 선 U, V, W에 전기적으로 전동성을 갖도록 연결된다. 전류 단자를 의미하는 공급 요소(32)는 반응기 벽(4)를 통과하여 연장되하며, 예를 들어, 길쭉한 모양을 갖고 있고, 한쪽 끝은 해당 공급 영역(24)에 연결되고 다른 한쪽 끝은 위상 선 U, V, W 중 하나에 연결된다. 하나의 그룹의 공급 영역에 연결된 공급 요소는 해당 그룹과 짝을 이룬다.

교류 전류원(10)은 미리 결정된 교류 전압과 함께 바람직하게는 여러 상의 교류 전류를 공급한다(여기서는 3 상 교류 전류). 더 일반적으로는 다른 상의 수 M도 생각할 수 있다. 상들 간의 위상 변이는 바람직하게는 전압과 전류가 스타 포인트에서 서로 상쇄되도록 선택된다. 즉, 임의의 두 상 사이의 위상 변이는 라디안으로 2π*k/M 또는 도수로 360°*k/M으로 표현될 수 있으며, 여기서 k는 1부터 M-1까지의 정수이다. 3 상인 경우, 따라서 2π/3 또는 4π/3로 표현되며, 각각 120° 또는 240°에 해당한다. 이 경우 두 연속하는 상 사이의 위상 차는 k=1, 즉 2π/M이 된다.

교류 전류원(10)은 교류 전류 변압기로 설계될 수 있으며, 특히 고전류 변압기로 설계될 수 있다. 여기서 전력원(10)에 교류 전류를 공급하는 1차 측(예를 들어 공중 전력 공급망 또는 발전기로부터 오는)은 1차 측 변압기 코일을 상징하는 그림자가 칠해진 상자의 형태로 보여진다. 도면에서는 1차 측 전원 공급 라인은 나타내지 않았다. 1차 측 교류 전압은 전형적으로 수백 볼트에서 수천 볼트까지일 수 있으며, 예를 들어 400 V, 690 V 또는 1.2 kV일 수 있다. 고전류 변압기에 적합한 입력 전압을 얻기 위해 전력원(10)의 1차 측과 가능한 공중 전력 공급망 또는 발전기 사이에 적어도 하나의 추가 변압기(도면에는 표시되지 않음; 이들 변압기 중 적어도 하나는 2차 측 AC 전압을 제어하거나 일정한 전압 범위 내에서 AC 전압을 조절할 수 있는 조정 변압기일 수 있음)가 중간에 위치할 수 있다. 중간에 위치한 적어도 하나의 변압기 대신에 또는 그에 더해서 입력 전압은 한 개 이상의 사이리스터(thyristor) 전력 제어기로 설정될 수도 있다.

2차 측에는 상 라인 또는 상 단자 U, V, W가 제공되며, 교류 전류의 상들이 여기에 제공된다. 상 라인 U, V, W는 자세히 표시되지 않은 2차 측 변압기 코일을 통해 전기 에너지를 공급받는다(도면에서는 상 라인이 전자기적으로 서로 상호 작용한다는 것을 나타내기 위해 상 라인이 1차 측 변압기 코일(12)을 통과하는 것으로 표시되어 있다). 2차 측 교류 전압은 편의상 300 V 이하의 범위에 위치할 수 있으며, 예를 들어 150 V 미만 또는 100 V 미만, 심지어 50 V 보다 작거나 같을 수 있다. 2차 측은 1차 측과 전기적으로 분리된다.

상 라인 U, V, W은 교류 전류원(10)에서 어느 하나에 연결되며, 그로 인해 교류 전류원(10)의 스타 포인트(14)가 형성된다. 이 스타 포인트(14)의 접지는 바람직하게는 없는 것이 좋다. 스타 포인트(14)은 선택적으로 중성선 N에 연결될 수 있다.

첫 번째 제거 영역(22)은 전기적으로 전도성을 가지는 첫 번째 제거 요소(34)에 전기적으로 전도성을 가지고 연결되며, 이들은 전기적으로 전도성을 가지는 첫 번째 스타 브릿지(36)에 의해 서로 전기적으로 전도성을 가지면서 연결된다. 두 번째 제거 영역(23)은 전기적으로 전도성을 가지는 두 번째 제거 요소(35)에 전기적으로 전도성을 가지고 연결되며, 이들은 전기적으로 전도성을 가지는 두 번째 스타 브릿지(37)에 의해 서로 전기적으로 전도성을 가지면서 연결된다. 그룹의 제거 영역에 연결된 제거 요소는 해당 그룹과 쌍을 이룬다.

바람직하게는 첫 번째 및 두 번째 제거 요소(34, 35)는 반응기 벽(4)를 통과하여 연장되며, 더 바람직하게는(도 1에 표시된 것처럼) 첫 번째 및 두 번째 스타 브릿지(36, 37)는 반응기 벽 외부에 위치한다. 제거 영역이 반응기 벽 외부에 있는 경우, 제거 요소는 반응기 벽을 통과하여 연장되지 않는다.

더욱 바람직하게는 제거 요소(34, 35)에 연결된 홀딩 장치(40)가 제공되며, 홀딩 장치(40)는 전기 절연 방식 및/또는 자체 절연 방식으로 제거 요소(34, 35)에 연결된다. 이 경우, 제거 요소는 길쭉한 모양을 가질 수 있으며, 제거 요소의 제거 단은 제거 영역에 연결되고 반대쪽 홀딩 단은 홀딩 장치에 연결된다. 홀딩 장치(40)는 반응기가 설치된 생산 설비의 지지 구조(도면에 표시되지 않음)에 연결 가능하도록 구성된다. 따라서 홀딩 장치는 주로 반응기 관(및 관에 연결된 요소)를 잡거나 지지하는데 이용된다. 대체하거나 또는 이에 더하여, 가열 영역(20)에 연결된 지지 장치(도면에 표시되지 않음)가 제공되며, 이 지지 장치는 전기적인 절연 방식 및/또는 자체 절연 방식으로 가열 영역(20)에 열결되고 지지 구조에 연결되기 위해 반응기 벽을 통과하여 연장되며, 이로 인해 반응기 관들은 지지 장치에 의해 고정된다.

따라서 교류 전류는 공급 영역(24)을 통하여 가열 영역(20)에 공급되거나 투입되며, 제거 영역(22, 23)을 가열 영역(20)으로 부터 제거된다. 가열 영역(20)의 공급 영역(24)에서부터 시작하여 전기 전류는 각각의 전기 저항에 따라 우선은 첫 번째 제거 영역(22)으로 다음으로는 두 번째 제거 영역(23)으로 흐른다. 서로 다른 반응관(6u, 6v, 6w)은 교류 전류의 다른 상 U, V, W를 공급받기 때문에, 상 간에 상응하는 위상 변위가 있는 경우에는 전위 균형은 이상적으로(즉, 대칭적인 부하를 가지고) 두 개의 스타 브릿지(36, 37)에서 이루어진다. 회로적으로 볼 때, 스타 브릿지는 소비자 측 스타 포인트를 형성한다.

선택적으로, 하나의 중성 전선 N 또는 복수의 중성 전선이 제공되며, 이를 통해 스타 브릿지(36, 37)는 교류 전류원(10)에 전기적으로 전도성을 가지고 연결된다.

바람직하게는 적어도 하나의 전기 전도 브릿지 연결(38)이 제공되며, 이는 첫 번째 스타 브릿지(36) 및 두 번째 스타 브릿지(37)에 전기적으로 전도성을 가지고 연결된다.

도 1에 보여지는 반응관(6u, 6v, 6w) 또는 그들의 가열 영역(20)은 튜브 코일로 설계되며, 다시 말해 하부 U-벤드(44)와 상부 U-벤드(45)를 통해 서로 연결되는 직선 관 영역(42)를 구성한다. 도면에 나와 있는 구체적인 실시예에서는 공급 영역(24)가 각각 하부 U-벤드에서 제공된다. 첫 번째 및 두 번째 제거 영역(22, 23)은 관 영역(42)의 상단 부분에 배치되며, 해당 관 영역(42)은 유체 공급 관(22) 및 유체 배출 관(23)에 각각 겹쳐질 수 있는 엘보 영역(elbow seciton)에 위치한다. 그러나 제거 영역과 공급 영역을 튜브 코일의 다른 영역에 제공하는 것도 가능하다.

도면에 보여지는 실시예에서는 공급 영역(24)과 첫 번째 또는 두 번째 제거 영역(22, 23) 사이의 영역의 길이는 각각 세 개의 직선 관 영역을 포함하며, 그로 인해 상기 영역의 길이는 3개의 상과 연결되는 좀 더 정확하게는 각 하단의 U-벤드에 있는 하나의 상과 연결되는 파이프 라인(기존 기술과 같은)의 경우 보다 상당히 길며, 직선 관 영역은 각각 직선 관 영역의 반대쪽 끝에서 전기적으로 전도성을 가지고 연결된다. 하나의 상에 연결된 반응관의 길이는 약 세 배 정도 길고, 그에 상당한 높은 저항을 갖는다. 일정한 전류 강도에서 상당히 높은 가열 출력이 상과 반응관 마다 생성되며, 특히 더 적은 고전류 공급이 요구된다.

"상단(top)"/"하단(bottom)"이라는 용어는 도면에서의 방향성을 나타내며, 다시 말해 해당 U-벤드를 구별하는 데 사용된다. 튜브 코일의 실제 방향성(지구의 중력장과 관련하여)은 다를 수도 있다. 예를 들어, 튜브 코일은 아래에 놓일 수 있고(관 영역이 수평으로 있을 때), 그 배열은 보여지는 것과 비교하여 뒤집어질 수도 있다(제거 요소, 스타 브릿지 및 공급/배출 헤더 가 하단에, 공급 요소가 상단에 위치).

도 1에서 각각의 반응관(6u, 6v, 6w) 또는 각각의 가열 영역(20)은 실시예에 따라 6개의 직선 관 영역(42)을 가지며, 즉 상단 U-벤드(45)를 통해 서로 연결된 3개의 U-모양 영역으로 나뉜다. 여기서 다른 갯수도 가능하며, 예를 들어 2개의 직선 관 영역(1개의 U-모양 영역), 4개의 직선 관 영역(2개의 U-모양 영역; 도 2 참조), 8개의 직선 관 영역(2개의 U-모양 영역) 등이 가능하다. 원칙적으로 홀수 개의 직선 관 영역도 가능하다(도 3 참조).

도 1의 각 가열 영역(20)에서 공급 영역(24)는 첫 번째 제거 영역(22)와 두 번째 제거 영역(23) 사이의 가열 길이의 정확한 중간에 위치한다. 여기에도 변동이 가능하며, 즉 첫 번째 제거 영역(22)과 공급 영역(24) 사이의 가열 영역(첫 번째 가열 영역)의 길이(첫 번째 가열 길이)가 공급 영역(24)과 두 번째 제거 영역(23) 사이의 가열 영역(두 번째 가열 영역)의 길이(두 번째 가열 길이)와 다를 수 있다. 전기 전류는 이러한 두 영역(첫 번째/두 번째 가열 영역)의 전기 저항에 따라 분배되고, 이로 인해 두 영역에서 다른 가열 출력을 얻을 수 있다.

도 1은 여러 개(예시로 3개)의 반응관으로 이루어진 하나의 그룹만을 보여준다. 일반적으로, 반응기는 복수의 이러한 그룹을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 교류 전류원이 각각에 제공되며, 즉 하나 이상의 그룹은 동일한 교류 전류원과 짝을 이룬다. 여러 개의 첫 번째 스타 브릿지와 여러 개의 두 번째 스타 브릿지가 제공될 수 있으며, 하나의 첫 번째/두 번째 스타 브릿지는 다른 그룹과 짝을 이루는 제거 요소에 연결될 수 있다. 즉, 이러한 서로 다른 그룹은 동일한 첫 번째/두 번째 스타 브릿지와 짝을 이루는데, 바람직하게는 동일한 첫 번째 스타 브릿지와 짝을 이룬 그룹은 동일한 두 번째 스타 브릿지와도 짝을 이룬다. 바람직하게는 여러 개의 그룹이 동일한 교류 전류원과 짝을 이루는 경우, 이러한 여러 개의 그룹은 동일한 첫 번째 스타 브릿지 및 동일한 두 번째 스타 브릿지와 짝을 이루어야 한다.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응기(52)의 전면도를 나타낸다. 이 도면은 도 3과 마찬가지로 반응관 또는 튜브 코일의 다른 디자인과 전력 공급을 위한 해당 연결 옵션을 설명하기 위한 것이므로 반응관 하나와 해당 연결만을 보여준다. 원칙적으로 도면에 보여지는(평행하게 옮겨놓은) 반응관으로부터 일정한 거리에 도면 평면에 수직으로 배열된 다른 반응관들(교류 전류원의 상 개수에 해당)은 도면에 보여지는 것과 동일한 방식으로 설계되었으며, 차이점이라면 그들의 공급 영역이 서로 다른 상에 연결되는 것이다. 아래에서는 도 1과 다른 경우를 제외하고는 요소의 세부 사항이나 특성은 반복되지 않으며, 도 1에 대한 설명과 관련하여 여기에도 적용된다.

반응기(52)는 반응기 벽(54)와 반응관(도면 평면에 수직으로 배치된)을 가지고 있으며, 전면도에서 대표적인 예로 오직 하나의 반응관(56u)만이 보여진다. 각 반응관(56u)은 첫 번째 제거 요소(34)에 연결된 해당 첫 번째 제거 영역(22)과 두 번째 제거 요소(35)에 연결된 해당 두 번째 제거 영역(23) 사이을 연장하는 가열 길이를 가지는 가열 영역(20)을 가진다. 첫 번재 제거 요소(34)는 도면 평면에 수직으로 연장되는 첫 번째 스타 브릿지(36)에 의해 연결되고, 두 번째 제거 요소(35)는 또한 도면 평면에 수직으로 연장되는 두 번째 스타 브릿지(37)에 의해 연결된다.

각 반응관(56u) 또는 각 가열 영역은 하부 U-벤드(44)와 상부 U-벤드(45)에 의해 서로 연결된 직선 관 영역(42)로 구성되며, 4개의 직선 관 영역(2개의 U-모양 영역)에 의해 구성된 튜브 코일을 형성한다. 다른 관 영역의 수를 가지는, 예를 들어 8개 또는 12개의 직선 관 영역(4 또는 6개의 U-모양 영역) 등을 가지는 유사한 배열도 가능하다.

도 1과는 대조적으로, 공급 영역(24)는 이 경우에 하부 U-벤드가 아닌 상부 U-벤드(45)에 위치한다. 즉, 다시 한번 가열 영역의 중간에 위치한다. 다시 말해, 제거 영역(22, 23) 및 공급 영역(24)가 반응기의 동일한 측면(상단)에 위치한다. 여기서 볼 수 있는 반응관(56u)의 공급 영역(24)는 교류 전류원(자세히 표시되지 않음)의 상 라인 U에 연결된다. 따라서 다른 보이지 않는 반응관의 공급 영역은 교류 전류원의 다른 상 라인에 연결된다. 다른 상 간의 전위 균형은 다시 스타 브릿지(36, 37)를 통해 이루어 지며, 이로 인해 상기 스타 브릿지는 회로상에서 다시 소비자 측 스타 포인트를 형성한다.

튜브 코일의 형상과는 관계없이, 도 2의 실시예에서 첫 번째 및 두 번째 제거 영역(22, 23)이 반응기 벽(54) 외부에 위치한다. 물론, 반응기 벽 내부에 제거 영역이 위치하는 도 1의 구성도 가능하다.

다시 한번, 첫 번째 스타 브릿지(36) 및 두 번째 스타 브릿지(37)에 전기적으로 전도성을 갖고 연결된 전기적으로 전도성을 갖는 브릿지 연결 및/또는 교류 전류원의 스타 포인트에 스타 브릿지를 연결하는 하나 이상의 중성 전도체가 제공될 수 있다. 마찬가지로, 홀딩 장치(40) 및/또는 지지 장치가 제공될 수 있다. 이러한 요소들은 도 2에서 대부분 표시되지 않았다.

도 3은 본 발명의 더욱 바람직한 실시예에 따른 반응기(62)의 전면도를 나타낸다. 상기 도면은 도 2와 마찬가지로 반응관 또는 튜브 코일의 다른 디자인과 전력 공급을 위한 해당 연결 옵션을 설명하기 위한 것이므로 반응관 하나와 해당 연결만을 보여준다. 원칙적으로 도면에 보여지는(평행하게 옮겨놓은) 반응관으로부터 일정한 거리에 도면 평면에 수직으로 배열된 다른 반응관들(교류 전류원의 상 개수에 해당)은 도면에 보여지는 것과 동일한 방식으로 설계되었으며, 차이점이라면 그들의 공급 영역이 서로 다른 상에 연결되는 것이다. 아래에서는 도 1과 다른 경우를 제외하고는 요소의 세부 사항이나 특성은 반복되지 않으며, 도 1에 대한 설명과 관련하여 여기에도 적용된다.

반응기(62)는 역시 반응기 벽(64)와 반응관(도면 평면에 수직으로 배열)을 가지며, 실시예의 전면도에서 대표적인 예로 하나의 반응관(66u)만이 보인다. 각각의 반응관(66u)은 첫 번째 제거 요소(34)에 연결된 해당 첫 번재 제거 영역(22)와 두 번째 제거 요소(35)에 연결된 해당 두 번째 제거 영역(23) 사이에 연장되어 잇는 가열 길이를 가지는 가열 영역(20)을 가진다. 첫 번째 제거 요소(34)는 도면 평면에 수직으로 뻗어 있는 첫 번째 스타 브릿지(36)에 의해 연결되고, 두 번째 제거 요소(35)는 마찬가지로 도면 평면에 수직으로 뻗어 있는 두 번째 스타 브릿지(37)에 의해 연결된다.

각 반응관(56u) 또는 가열 영역은 튜브 코일을 형성하기 위해 하부 U-벤드(44)와 상부 U-벤드(45)를 통해 서로 연결된 직선 관 영역(42)으로 구성된다. 이전 실시예와는 대조적으로 홀수 개수의 직선 관 영역(42)가 제공된다(여기에서 예를 들어 5개, 다른 홀수 개수도 가능하다). 다른 한편으로는 이로 인해 첫 번째 제거 영역(22)(및 그에 따른 첫 번재 제거 요소(34))이 상단에 위치하고, 두 번째 제거 영역(23)(및 그에 따른 두 번재 제거 요소(35))이 하단에 위치하게 된다. "하단"/"상단"에 대한 용어 설명은 전술한 바와 같다.

한편, 이는 인해 U-벤드 내에 배열되는 공급 영역(23)(예를 들어 상부 U-벤드(45)에 위치하지만 하부 U-벤드(44)에 마찬가지로 배치될 수 있음)은 가열 영역(20)의 중간에 위치하지 않는다. 즉, 가열 길이의 50%에 있지 않는다. 공급 영역(23)과 첫 번째 제거영역(22) 사이에 있는 영역의 길이는 공급 영역(23)과 두 번째 제거 영역(24) 사이에 있는 영역의 길이보다 약간 더 짧다. 원칙적으로는 (모든 실시예에서) 공급 영역을 직선 관 영역에 배치하는 것도 가능하지만, U-벤드 내에 배치하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 직선 관 영역에 공급 영역이 배치되면 높은 전류 강도의 전류를 이동시켜야 하는 공급 요소의 길이와 이에 따른 저항이 상대적으로 낮게 유지될 수 있으며, 이에 따라 상응하는 높은 전력 손실이 발생하기 때문이다.

도 3의 실시예에서는 제거 영역이 반응기 벽(54) 내부에 위치하며, 이로 인해 제거 요소가 반응기 벽을 통과하여 연장된다. 다만 반응기 벽 외부에 제거 영역이 배치된 실시예도 명백하게 가능하다.

다시 말하지만, 스타 브릿지를 교류 전류원의 스타 포인트에 연결하는 하나 이상의 중성 도체(도 3에는 표시되지 않음) 또한 제공될 수 있다. 마찬가지로, 홀딩 장치(40) 및/또는 지지 장치(도면에 표시되지 않음)도 제공될 수 있다.

Claims

공정 유체를 가열하기 위해 다상 교류 전류를 사용하여 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기(2; 52; 62)에 있어서, 다상 교류의 상(phase)의 수는 M이고, 여기서 M는 1보다 큰 정수이며,
열 절연 반응기 벽(4; 54; 64)으로 형성된 반응기 용기;
다수의 반응 관(6u, 6v, 6w; 56; 66)으로 구성된 적어도 하나 이상의 그룹 - 각각의 그룹은 M개의 반응관을 포함하며, 각각의 상기 반응관은 해당 반응관의 첫 번째 및 두 번째 제거 영역(22, 23) 사이에 연장되어 해당 가열 길이의 전기적으로 가열을 할 수 있는 가열 영역(20)를 가지며, 상기 가열 영역은 상기 반응기 용기 내에서 적어도 상기 가열 길이의 95% 이상으로 배치되고 및 각각의 상기 가열 영역은 상기 가열 영역의 가열 길이의 20%에서 80%에 걸쳐 연장된 영역 내에 공급 영역(24)을 가짐 - ;
전기적으로 전도성을 가지는 공급 요소(32) - 각각의 그룹 M은 상기 그룹의 상기 공급 영역에 전기적으로 전도성을 가지고 연결된 상기 공급요소와 짝을 이루고 및 상기 교류 전류의 다른 상은 하나의 그룹과 쌍을 이루는 다른 공급 요소에 공급되거나 공급될 수 있음 - ;
전기적으로 전도성을 가지는 첫 번째 및 두 번째 제거 요소(34, 35) - 각각의 그룹은 상기 그룹의 첫 번째 제거 영역 또는 두 번째 제거 영역과 전기적으로 전도성을 가지고 연결된 M개의 첫 번째 제거 요소 및 M개의 두 번째 제거 요소와 짝을 이룸 - ; 및
적어도 하나 이상의 전기적으로 전도성을 가지는 첫 번째 스타 브릿지(성형 브릿지)(36) 및 적어도 하나 이상의 전기적으로 전도성을 가지는 두 번째 스타 브릿지(37) - 각각의 그룹은 첫 번째 및 두 번째 스타 브릿지와 짝을 이루고 및 각 그룹에 대해 그룹과 짝을 이루는 첫 번째 제거 요소는 그룹과 짝을 이루는 첫 번째 스타 브릿지와 전기적으로 전도성을 가지고 연결되며, 그룹과 짝을 이루는 두 번째 제거 요소는 그룹과 짝을 이루는 두 번째 스타 브릿지와 전기적으로 전도성을 가지고 연결됨 - 를 포함하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 1항에 있어서,
적어도 하나 이상의 상기 첫 번째 및 적어도 하나 이상의 상기 두 번째 스타 브릿지(36, 37)는 반응기 용기 외부에 배열되는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 2항에 있어서,
상기 첫 번째 및 두 번째 제거 영역(22, 23)은 반응기 용기 내부에 배열되고;
상기 첫 번째 및 두 번째 제거 요소(34, 35)은 길쭉한 모양을 가지고 상기 반응기 벽을 통과하여 연장되며, 및
상기 가열 영역(20)은 상기 반응기 용기 내부에 완전히 배열 되는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
다수의 그룹은 적어도 하나 이상의 상기 첫 번째 스타 브릿지와 짝을 이루는 경우 상기 그룹은 동일한 상기 두 번째 스타 브릿지와도 짝을 이루는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 그룹들 중 어느 하나의 그룹에 대해서 상기 그룹과 짝을 이루는 상기 첫 번째 및 두 번째 스타 브릿지(36, 37)가 브릿지 연결(38) 수단에 의해 전기적으로 전도성을 가지고 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 또는 이상의 교류 전류원(10)을 포함하며;
각각의 상기 교류 전류원은 M개의 상으로 M개의 위상 선(U,V,W)에 교류 전류를 공급하고;
각각의 상기 그룹은 하나 또는 그 이상의 교류 전류원 중 하나와 짝을 이루고; 및
각각의 상기 그룹에 대해서 상기 그룹과 짝을 이루는 공급 요소는 상기 그룹과 짝을 이루는 교류 전류원의 상기 위상 선에 연결되는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 6항에 있어서,
적어도 하나 이상의 스타 포인트(14)은 하나 또는 그 이상의 교류 전류원 중 적어도 어느 하나의 교류 전류원 내에서 형성되며; 및
적어도 하나 이상의 그룹 중 어느 하나의 그룹에 대하여 상기 그룹과 짝을 이루는 상기 첫번째 및/또는 두 번째 스타 브릿지는 하나 또는 그 이상의 중성 전도체(N)을 통해 상기 그룹과 짝을 이루는 교류 전류원의 스타 포인트에 연결되는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 6항 또는 제 7항에 있어서,
하나 또는 그 이상의 교류 전류원 중 하나는 다수의 그룹과 짝을 이루며; 및
상기 다수의 그룹은 동일한 첫 번째 스타 브릿지 및 동일한 두 번째 스타 브릿지와 짝을 이루는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 가열 영역은 하나 또는 그 이상의 U-벤드(44, 45)에 의해 서로 연결된 다수의 직선 관 영역(42)을 가지며; 및
바람직하게는 상기 직선 관 영역의 수는 짝수인 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 9항에 있어서,
상기 공급 영역(22, 23)은 상기 U-벤드들 중 어느 하나에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제거 영역(34, 35)은 지지 구조와의 연결을 위해 전기적으로 절연된 홀딩 장치(40)에 연결되고; 및
상기 홀딩 장치는 전기적인 절연 수단에 의해 각각의 제거 요소에 연결 및/또는 자체적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 반응관에 대해서 적어도 하나 이상의 지지 장치가 상기 지지구조에 연결하기 위해 제공되고,
상기 지지 장치는
상기 반응관에 연결되며;
적어도 하나 이상의 상기 지지 장치는 전기적인 절연 수단에 의해 상기 반응관에 연결 및/또는 자체적으로 절연되고; 및
제 9항에 의존하는 경우에는 바람직하게는 상기 U-벤드들 중 어느 하나의 U-벤드 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교류 전류의 서로 다른 두 상의 위상 변이는 라디안으로 표현하면 2π*k/M이며, 여기서 k는 각각 1부터 M-1까지의 정수 범위에 있는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.
제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
화학 반응은 적어도 부분적으로 적어도 500℃이상의 온도에서 발생하는 화학 반응이며,
상기 화학 반응은
바람직하게는 증기 열분해, 증기 리포밍, 건조 리포밍, 프로판 탈수소화, 탄화수소와의 반응 중 어느 하나의 반응이며; 및
상기 화학 반응은 500℃이상에서 적어도 부분적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 공정 유체의 화학 반응을 수행하는 반응기.