TW202344673A - 流體加熱裝置 - Google Patents

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崔峻源
金珉俊
林藝勳
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南韓商Ｌｇ化學股份有限公司
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本申請案能夠提供一種流體加熱裝置及其使用方法，該流體加熱裝置能夠於裂解製程中根據熱解的進行程度藉由個別地控制流入熱通量本身而減少溫室氣體產生量並改善目標化合物(乙烯、丙烯及氫氣等)的產率，根據熱解的進行程度考量物理及／或化學特性藉由個別地控制流入熱通量本身而減少產生焦炭的現象，並減少除了目標化合物之外的化合物(甲烷、乙烷、苯及燃料油等)的產生量。

Description

流體加熱裝置
本申請案主張於2022年2月23日申請之韓國專利申請案號10-2022-0023601之優先權，在此以參照方式併入其揭露書整體。
本申請案係關於一種流體加熱裝置及其應用。
乙烯、丙烯及／或丁二烯等是作為石油化學品基礎原料的烯烴，這些烯烴能夠藉由以蒸汽稀釋從精煉原油及／或各種烴原料(例如乙烷、丙烷及／或生質柴油等)所獲得之石腦油，並在高溫裂解爐中透過熱解進行裂解而製備。
用於進行熱解的裂解爐可典型地包含輻射部件、對流部件、及蒸汽產生器。石腦油等(其係用於熱解之標的)係首先於預熱器中受到預熱同時通過流動線輸送，在對流部件中二次加熱以部分地汽化，並與蒸汽混合並引入輻射部件中，藉此透過高溫熱能進行熱解。
裂解爐的輻射部件是經流動線傳遞之熱解標的接收熱能並進行熱解反應之位置。當在傳統高溫裂解爐中進行熱解時，因大規模設備工業的本質已基於整體流動線傳遞熱能以同時處理大量熱解標的，並且藉由燃燒燃料產生的火力已經成功達成熱傳遞。從能夠經濟地同時處理大量熱解標的之觀點而言，藉由火力的熱傳遞是有利的，但難以根據熱解的進行程度而控制流入熱能的態樣，因此發生效率不佳的熱解。
若可沿著流動線調整熱分布型態，熱解標的之有效熱解是可能的。然而，在傳統高溫裂解爐(其中熱解係在使用火力的高溫裂解爐內進行)中，由火力產生的熱態樣是固定的。此外，為了調整熱態樣的一部分或改變熱態樣，需要精細地調整火力，但在大規模設備工業中係極難精細地控制火力，並且若為了控制熱態樣而改變火力的強度，亦可能發生效率不佳的熱解。
因此，在傳統高溫裂解爐中，持續地對其施加相同的火力，並基於此原因，一旦形成熱態樣，此態樣係固定的，使得在一個特定部件中引入的熱能可多於或少於所需量。在此情形中，熱解標的之副反應活化，並且副反應增加，因此可能產生焦炭。
焦炭積累於流動線內部而增加流動線的壁表面溫度。由於積累的焦炭，流動線的直徑減少並且差壓增加，從而降低操作循環。壁表面溫度之增加及／或操作循環之降低造成熱解的效率不佳。
此外，在傳統高溫裂解爐中進行熱解的情形中，難以控制熱能，如上說明，因此當熱解標的變更時，出現不能彈性地應對的問題。
因此，考量熱解標的之物理及／或化學特性，需要一種流體加熱裝置，其中根據熱解的進行程度控制流入熱通量本身的同時，根據熱解的進行程度所有的流入熱通量係個別地受到控制以具有均勻曲線(profiles)。 先前技術文獻 專利文獻
(專利文獻1)日本未審查專利公開號2016-150968。
技術問題
本申請案旨在提供一種能夠根據熱解種類藉由控制熱通量而改善裂解製程中目標化合物(乙烯、丙烯及／或氫氣等)之產率的流體加熱裝置及其用途。
本申請案旨在提供一種考量各種熱解標的之物理及／或化學特性，藉由控制熱通量而能夠抑制或減少出現不必要的副產物例如焦炭或副反應的流體加熱裝置及其用途。
本申請案旨在提供一種能夠減少除了目標化合物之外的化合物(甲烷、乙烷、苯、燃料油等)之生成量的流體加熱裝置及其用途。
本申請案旨在提供一種能夠減少溫室氣體之生成量的流體加熱裝置及其用途。 技術方案
本申請案係關於一種流體加熱裝置。
流體加熱裝置可包含管線，其具有流體可流動通過的內部通道，其中內部通道可劃分成兩個或更多個熱吸收區域。
該等兩個或更多個經劃分的熱吸收區域可以是各自獨立地形成為能夠接收熱能的區域。
熱能可加熱於內部通道中流動的流體或由流體吸收。例如，流體可於沒有溫度上升或些許溫度上升的狀態下吸收熱能。
個別熱吸收區域接收的熱能可係於不同的熱產生單元產生。
熱產生單元中的至少一個熱產生單元可以是形成為能夠將電能轉換為熱能的單元(電熱產生單元)。
在一個實例中，在本申請案的流體加熱裝置所提供的全部熱產生單元中，可以有特定部分或更多部分為電熱產生單元。例如，流體加熱裝置中的電熱產生單元與全部熱產生單元的數量比值的下限可以是大約50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%，而上限可以是大約100%。電熱產生單元的數量比值可小於或等於上述上限並大於或等於，或高於上述下限。
電熱產生單元可形成為透過直流電或交流電接收電能。
在此，電熱產生單元可以是形成為藉由通電(energization)而產生阻熱(resistance heat)的管線。可對管線施加直流電或交流電以產生阻熱。
在此，電熱產生單元可以是提供的外部熱源，其同時與管線隔開。外部熱源可以是電熱產生單元，其形成為將電能轉換為熱能。
在此，電熱產生單元可以是管線，其中係藉由產生感應電流而產生阻熱。
感應電流可以是藉由施加交流電至線圈(其以螺旋形式環繞管線並彼此隔開)而產生。
流體加熱裝置的兩個或更多個熱吸收區域可經配置使得流體能夠經過熱吸收區域，其中根據下列方程式1施加之熱能的差值ΔH的絕對值為10%或更高： [方程式1]
在方程式1中，H1為施加至兩個或更多個熱吸收區域的任何一個之熱能，而H2為施加至與被施加熱能H1的熱吸收區域不相同之熱吸收區域的熱能。
在此，該等兩個或更多個熱吸收區域可經配置使得所施加的熱能沿著流體流動的方向下降後再上升，或上升後再下降。
流體加熱裝置的兩個或更多個熱吸收區域可經配置使得流體可經過熱吸收區域，其中根據下列方程式2之熱通量的差值ΔF的絕對值為10%或更高。 [方程式2]
在方程式2中，F1為兩個或更多個熱吸收區域的任何一個之熱通量，而F2為具有熱通量F1的上述熱吸收區域不相同之熱吸收區域的熱通量。
在此，熱吸收區域可經配置使得流體沿著流體流動的方向可曝露至下降後再上升的熱通量或上升後再下降的熱通量。
熱吸收區域可經配置使得流體在沿著流體流動的方向移動時可曝露至內部通道中熱通量或經施加之熱能的週期性波動。
在此，在週期性波動的一個循環中，最大熱通量或最大經施加之熱能與最小熱通量或最小經施加之熱能之間的差值的絕對值可在預定範圍內調整。
在此，該等兩個或更多個熱吸收區域可經配置使得流體曝露至包含兩個或更多個循環之熱通量或經施加之熱能的週期性波動。
在此，該等兩個或更多個熱吸收區域可經配置使得熱通量或經施加之熱能的週期性波動的一個循環的長度與流體移動通過的管線的長度之比值係位於1%至200%之範圍內。
本申請案亦可以是一種藉由使用流體加熱裝置加熱流體而製造產物的方法。在此，產物可例如為乙烯、丙烯及／或氫氣等。
方法可包含在移動流體進入流體加熱裝置的管線的內部通道時獨立地施加熱能至流體加熱裝置的該等兩個或更多個經劃分的熱吸收區域之步驟。
在此，施加至各個熱吸收區域之熱能可由不同的熱產生單元所產生。
在此，流體加熱裝置中存在之熱產生單元的至少一個熱產生單元可以是電熱產生單元。
在一個實例中，在本申請案的流體加熱裝置提供的所有熱產生單元中，可以有特定部分或更多部分為電熱產生單元。例如，流體加熱裝置中的電熱產生單元與全部熱產生單元的數量比值的下限可以是大約50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%，而上限可以是大約100%。電熱產生單元的數量比值可小於或等於上述上限並大於或等於，或大於上述下限的任何一者。
在此，熱產生單元可以是透過直流電或交流電接收電能的裝置。
在此，至少一個熱產生單元可以是藉由通電而產生阻熱的管線，其中可藉由對管線施加直流電或交流電而產生阻熱。
在此，至少一個熱產生單元可以是提供的外部熱源，其同時與管線隔開，其中外部熱源可以是將電能轉換為熱能者。
在此，至少一個熱產生單元可以是藉由產生感應電流而產生阻熱的管線，其中可藉由施加交流電至線圈(其以螺旋形式環繞管線並彼此隔開)而產生感應電流。
在此，流體可施加熱能至兩個或更多個熱吸收區域，其中根據下列方程式1施加之熱能的差值ΔH的絕對值為10%或更高： [方程式1]
在方程式1中，H1為施加至兩個或更多個熱吸收區域的任何一個之熱能，而H2為施加至與被施加熱能H1的熱吸收區域不相同之熱吸收區域的熱能。
在此，該等兩個或更多個熱吸收區域可經配置使得所施加熱能沿著流體流動的方向下降後再上升，或上升後再下降。
在此，該等兩個或更多個熱吸收區域可經配置使得流體可經過熱吸收區域，其中根據下列方程式2之熱通量的差值ΔF的絕對值為10%或更高。 [方程式2]
在方程式2中，F1為兩個或更多個熱吸收區域的任何一個之熱通量，而F2為與具有熱通量F1的上述熱吸收區域不相同之熱吸收區域的熱通量。
在此，熱吸收區域可經配置使得流體可沿著流體流動的方向曝露至下降後再上升的熱通量或上升後再下降的熱通量。
在此，可施加熱能至兩個或更多個熱吸收區域，使得流體沿著流動方向曝露至內部通道中熱通量或經施加之熱能的週期性波動。
在此，可施加熱能至兩個或更多個熱吸收區域，使得週期性波動的一個循環中，最大熱通量或經施加之熱能與最小熱通量或經施加之熱能之間的差值的絕對值為10%或更高。
在此，可施加熱能至兩個或更多個熱吸收區域，使得流體曝露至包含兩個或更多個循環之熱通量或經施加之熱能的週期性波動。
在此，可施加熱能至兩個或更多個熱吸收區域，使得熱通量或經施加之熱能的週期性波動的一個循環的長度與流體移動通過的管線的長度之比值係位於1%至200%之範圍內。 本發明之效果
本申請案可提供一種能夠根據熱解種類藉由自由地控制熱通量而改善目標產物之產率的流體加熱裝置及其使用方法。
本申請案可提供一種考量熱解標的之物理及／或化學特性，藉由自由地控制熱通量而能夠減少或抑制出現副產物例如焦炭或副反應的流體加熱裝置及其使用方法。
本申請案可提供一種能夠減少除了目標產物之外的化合物(甲烷、乙烷、苯、燃料油等)之生成量的流體加熱裝置及其使用方法。
本申請案可提供一種能夠減少溫室氣體之生成量的流體加熱裝置及其使用方法。
在本說明書中提及的物理性質中，當測量溫度影響物理性質時，相關的物理性質係於室溫測量的物理性質，除非另有闡明。
在本說明書中，術語室溫為在沒有加熱或冷卻下的自然溫度，其可表示例如位於10℃至30℃之範圍內的任何溫度，例如30℃或更低之溫度且為約15℃或更高、約18℃或更高、約20℃或更高、約23℃或更高，或約27℃或更低，或大約25℃之溫度。在本說明書中，除非另有闡明，溫度單位為攝氏度(℃)。
在本說明書中提及的物理性質中，當測量壓力影響物理性質時，相關的物理性質係於常壓測量的物理性質，除非另有闡明。
在本說明書中，術語常壓是在沒有加壓或洩壓狀態下的壓力，並可表示例如位於0.9 atm至1.2 atm之範圍內或位於約740 mmHg至780 mmHg之範圍內之任何壓力。
在本說明書中，術語流體表示氣相及／或液相材料。例如，流體可以是選自由水、蒸汽、空氣、及碳氫化合物等所組成群組中的一個或更多個。流體可藉由接收熱能作為加熱標的而裂解。在此所稱的碳氫化合物可以是流體。碳氫化合物的例子包括石腦油、乙烷、丙烷、甲烷及／或生質柴油等，並且除了這些之外，亦可有根據產業中通常知識之必需標的。流體可更包含因熱能而裂解的水或蒸汽，並亦可使用充填的催化劑。此外，在一個實例中，當流體包括作為碳氫化合物的甲烷時，其亦可更包含用於重組的二氧化碳等。
在一個實例中，在此揭示的流體加熱裝置可以是預定設施的一部分。在此，設施的例子可包括例如蒸汽裂解器、重組器及／或烷烴脫氫器等。本申請案之一個實例之流體加熱裝置可於設施中進行至少一個製程。
在一個實例中，流體加熱裝置可以是蒸汽裂解器的一部分。蒸汽裂解器可以執行蒸汽裂解。例如，蒸汽裂解器可表示在蒸汽存在下施加熱能的設施，具有相對長的碳鏈之烴類係轉化成具有相對短的碳鏈之烴類，或特定烴類係轉化成其他烴類。在此，待轉化之烴類的例子可包括石腦油、丙烷、丁烷及／或乙烷等，並且可透過蒸汽裂解製造氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯及／或丁二烯等。
在一個實例中，流體加熱裝置可以是重組器的一部分。重組器可以是從天然氣、輕汽油、甲醇、生質氣及／或生質製造蒸汽及／或碳氧化物之設施。此外，重組器可以是從甲烷及二氧化碳製造氫氣的設施。
在一個實例中，流體加熱裝置可以是烷烴脫氫器的一部分。烷烴脫氫器可以是藉由對烷烴類進行脫氫而製造烯烴類的設施。
此後，將參照圖式對本發明的一個實施方式進行說明，但這是為了更容易理解流體加熱裝置及其用途起見，並且流體加熱裝置及其用途不限於此。
根據一個實例之流體加熱裝置(1)可包含管線(10)，其具有流體可流動通過的內部通道。
管線(10)的形狀沒有特別地限制。可考量流體(其為熱解標的)中含有的碳氫化合物、蒸汽及／或其他物質之物理及／或化學特性及／或混合比等而適當地設計管線(10)的形狀。圖5至7示出管線(10)的形狀。圖5示出具有重複U型之管線(10)，圖6示出的管線(10)係配置為彼此對齊而使得具有重複U型之管線(10)不相互重疊。圖7示出U型的管線(10)，而圖8示出線型的管線(10)。
綜合考量流體(其為熱解標的)中包括的碳氫化合物、蒸汽及／或其他物質之物理及／或化學特性及／或混合比；流體的滯留時間；驅動循環；及／或包括裝置之設施的種類和大小等，本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)的管線(10)可設計為最適合的形式。
管線(10)的截面形狀沒有特別地限制，其可在考量流體(其為熱解標的)中含有的碳氫化合物、蒸汽及／或其他物質之物理及／或化學性質及混合比等而適當地採用。
圖9為管線(10)的截面形狀之一個例子。管線(10)的截面可包括環形的表面(110)及內部通道(120)，或可包括長方形的表面(110)及內部通道(120)，如圖9中所示。然而，上述圖9中管線(10)的截面為例子，且管線(10)的截面可具有各種形狀例如三角形、菱形、平行四邊形、及／或橢圓形。內部通道(120)可以是流體流動通過的中空空間。此外，為了使管線的表面(110)產生或傳遞熱能(如後續敘述)，可選擇及應用對熱能具有良好導熱性及高耐久性並在電流通過時產生阻熱的材料。在一個實例中，管線(10)或其表面(110)可由鎳、鉻、及／或鎳與鉻的合金材料等所製成，或包含彼等。
管線(10)的長度沒有特別地限制，其可在考量流體(其為熱解標的)中含有的碳氫化合物、蒸汽及／或其他物質之物理及／或化學特性及／或混合比等而適當地採用。
在示例性流體加熱裝置(1)中，流體可流動通過管線(10)的內部通道(120)。
於此時，管線(10)或管線(10)的內部通道(120)可劃分成兩個或更多個熱吸收區域。
熱吸收區域可以是從熱產生單元接收熱能的區域(例如直接地從熱產生單元接收熱能的區域)。這亦即，熱吸收區域可以是熱產生單元施加熱能所至的區域。例如，熱吸收區域可表示i)管線(10)的內部通道(120)(當熱產生單元是管線(10)的一部份時)，並且可以是ii)位於與外部熱源(40)最短距離處之管線(10)的部分區域的內部通道(120)(當熱產生單元為提供之從管線(10)隔開的外部熱源(40)時)。
在流體加熱裝置(1)中，該等兩個或更多個熱吸收區域可以是各自獨立地接收熱能的區域。例如，該等兩個或更多個熱吸收區域可以是各自獨立地從分別經劃分的熱產生單元接收熱能的區域。各熱吸收區域接收的熱能可以係由相對應的熱產生單元所產生。
流體加熱裝置(1)的管線(10)或其內部通道(120)可包含非熱吸收區域。如上說明，內部通道(120)可劃分成兩個或更多個熱吸收區域。非熱吸收區域可以是沒有對應於熱吸收區域的一部分，或沒有直接地從熱產生單元接收熱能的一部分。非熱吸收區域可以是內部通道(120)的部分區域，其沒有直接地從熱產生單元接收熱能。即使在非熱吸收區域中，亦可接收當接觸經加熱之流體時所獲得的熱能、間接地而非直接地來自熱產生單元所獲得的熱能、以及其他熱能。
本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)可由各個熱吸收區域接收的熱能加熱流動通過內部通道(120)的流體。熱能可加熱流動通過管線(10)中的內部通道(120)之流體。加熱流體可表示流體溫度上升，或流體吸收熱。可透過加熱或此流體對熱能的熱吸收而進行裂解，並因此可製造主要的烯烴(乙烯及／或丙烯等)及／或氫氣等，其為用於石油化學品的基礎原料。
本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)可包含兩個或更多個熱產生單元，彼等各自獨立地產生由各個熱吸收區域接收的熱能。各個熱吸收區域接收的熱能可由各個熱產生單元所產生。
藉由採用此方法，本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)能夠根據熱解的進行程度個別地控制流入熱通量本身，並藉此能夠改善裂解製程中目標化合物的產率。藉由採用此方法，本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)調整各個熱產生單元產生的熱能，藉此其能夠根據熱解的進行程度並考量各種熱解標的之物理及／或化學特性個別地控制流入熱通量本身，並藉此能夠減少或抑制出現副產物(例如焦炭)或副反應。
本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)可包含將電能轉換為熱能的至少一個熱產生單元。當注入電能時，熱產生單元可產生熱能，而經產生的熱能可傳遞至流動通過內部通道(120)的流體。
本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)可包含至少一個熱產生單元，其透過直流電或交流電而被供應電能。可藉由直接地或間接地使熱產生單元與供電裝置(30)電性連接而將直流電或交流電供應至熱產生單元。於此時，當供電裝置(30)是直流電供電裝置時，可供應直流電，且當供電裝置(30)是交流電供電裝置時，可供應交流電。本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)可根據需要使用直流電供電裝置或交流電供電裝置。
本申請案中所使用的術語直流電可表示無關時間而依恆定方向流動之電流，而交流電可表示其大小及相位係週期性地隨時間變化的電流。直流電供電裝置可提供無時間依賴性的電壓，而交流電供電裝置可提供其大小及相位係週期性地隨時間變化的電壓。
本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)藉由透過電能供應而產生熱能而能夠減少溫室氣體(甲烷及二氧化碳等)的產生量，並且熱吸收區域可各自獨立地接收熱能。
在本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)中，至少一個熱產生單元可以是藉由通電產生阻熱的管線(10)。可對管線施加直流電或交流電(10)以產生阻熱。如上說明，供電裝置(30)直接地或間接地電性連接至管線(10)的一部分可供應直流電及交流電。
圖1簡單地示出本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)的示意圖。本申請案的流體加熱裝置(1)並不限於圖1所示結構，且圖1示出的僅為一個例子。
圖1的流體加熱裝置(10)包含U形管線(10)，並且管線(10)沿著流體流動的方向係劃分成三個熱吸收區域(21、22及23)。在個別熱吸收區域(21、22及23)中，個別供電裝置(30)可直接地連接至相對應的管線(10)或其外表面。個別供電裝置(30)可以是直流電供電裝置或交流電供電裝置，可全部為直流電供電裝置，可全部為交流電供電裝置，或部分可為直流電供電裝置而其他可為交流電供電裝置。
在上述結構中，為了使管線(10)或其表面(110)產生熱能並傳遞經產生的熱能至於內部通道(120)中流動的流體，可選擇及應用對熱能具有良好導熱性及高耐久性並在電流通過時產生阻熱的材料。在一個實例中，管線(10)或其表面(110)可由鎳、鉻及／或鎳與鉻的合金材料等所製成，或可包含彼等。
參照圖1，各個供電裝置(30)產生的交流電或直流電係供應至管線(10)的外表面(110)，外表面(110)因交流電或直流電而產生阻熱，而所產生的阻熱由各個熱吸收區域(21、22及23)所接收，使得熱能能夠傳遞至於熱吸收區域(21、22及23)中流動的流體。當特定熱吸收區域設計為需要高熱能時，能夠藉由增加由供電裝置(30)供應之交流電或直流電的電流而傳遞更多熱能。相反地，當特定熱吸收區域設計為需要低熱能時，能夠藉由降低由供電裝置(30)供應之交流電或直流電的電流而傳遞較少熱能。可透過對應於熱吸收區域(21、22及23)的個別供電裝置(30)進行此調整，並且基於此原因，根據熱解的進行程度流入熱通量本身可各自受到控制。
在本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)中，至少一個熱產生單元可以是提供之從管線(10)隔開的外部熱源(40)。此形式示於圖2。外部熱源(40)可以是接收電能並將其轉換成熱能的裝置。由外部熱源(40)轉換的熱能可傳遞至管線(10)以加熱於管線(10)的內部通道(120)中流動的流體，或者流體可吸收熱能。
圖2簡單地示出本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)的示意圖。本申請案的流體加熱裝置(1)並不限於圖2所示結構，且圖2示出的僅為一個例子。
圖2的流體加熱裝置(10)具有U形管線(10)，此管線(10)沿著流體流動的方向係劃分成三個熱吸收區域(21、22及23)。各個熱吸收區域(21、22及23)可接收外部熱源(40)(各自獨立地提供彼等並從管線(10)隔開)所產生的熱能。
外部熱源(40)可直接地或間接地電性連接至供電裝置(30)以接收電能。供電裝置(30)可以是直流電供電裝置及／或交流電供電裝置。外部熱源(40)可透過供電裝置(30)供應電能而產生阻熱，所產生的阻熱可由各個熱吸收區域所接收以加熱流體，或者流體可吸收熱能。當特定熱吸收區域設計為需要高熱能時，能夠藉由增加由供電裝置(30)供應之交流電或直流電的電流而傳遞更多熱能。當特定熱吸收區域設計為需要低熱能時，能夠藉由降低由供電裝置(30)供應之交流電或直流電的電流而傳遞較少熱能。基於此原因，根據熱解的進行程度流入熱通量本身可各自受到控制。
可各自獨立地提供外部熱源(40)以傳遞熱能至對應於各個熱吸收區域(21、22及23)之管線(10)的表面的至少一部分並從管線(10)隔開。例如，參照圖2，可確認外部熱源(40)能夠傳遞熱能至對應於U形管線(10)的各個熱吸收區域(21、22及23)之管線(10)的表面的一部分。
雖圖式中未示出，可提供從管線(10)隔開之外部熱源(40)使得彼等可傳遞熱能至對應於各個熱吸收區域(21、22及23)之管線(10)的所有表面。例如，可提供外部熱源(40)環繞相對應的管線(10)之形式，使得熱能係傳遞至對應於各個熱吸收區域(21、22及23)之管線(10)的所有表面。若熱能能夠傳遞至相對應的管線(10)的所有表面，其並不限於上述結構。當外部熱源(40)係經配置使得熱能係傳遞至對應於各個熱吸收區域(21、22及23)之管線(10)的所有表面，有可能避免僅將熱能傳遞至於各個熱吸收區域(21、22及23)中流動的流體之特定位置而造成的不均勻加熱。
在本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)中，至少一個熱產生單元可以是產生感應電流以產生阻熱之管線(10)。此情形示於圖3。在此結構中，管線(10)可由於感應電流而產生阻熱。可施加交流電至線圈(50)(其以螺旋形式環繞管線(10)並與其隔開)而產生感應電流。
圖3簡單地示出本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)的示意圖。本申請案的流體加熱裝置(1)並不限於圖3所示結構，且圖3示出的僅為一個例子。
圖3的流體加熱裝置(10)包含U形管線(10)，並且管線(10)係沿著流體流動的方向劃分成三個熱吸收區域(21、22及23)。在各個熱吸收區域(21、22及23)中，提供線圈(50)，其以螺旋形式環繞各管線(10)並與其隔開。線圈(50)可連接至供電裝置(30)使得交流電可流動，而供電裝置(30)可以是施加交流電的交流電供電裝置。當施加交流電至線圈(50)時，由於電磁感應現象而在管線(10)的表面(110)上產生感應電流。所產生的感應電流而可在管線(10)的表面(110)上產生阻熱，而所產生的阻熱可加熱於各個熱吸收區域(21、22及23)中流動的流體，或熱能可傳遞至流體。當線圈(50)產生感應電流時，管線(10)的表面(110)可選擇並應用由所產生的感應電流來產生阻熱之材料。在一個實例中，管線(10)或其表面(110)可由鎳、鉻及／或鎳與鉻的合金材料所製成，或可包含彼等。
當特定熱吸收區域設計為需要高熱能時，能夠藉由增加由供電裝置(30)供應之交流電或直流電的電流而傳遞更多熱能。當特定熱吸收區域設計為需要低熱能時，能夠藉由降低由供電裝置(30)供應之交流電或直流電的電流而傳遞較少熱能。這可透過對應於熱吸收區域(21、22及23)之各個供電裝置(30)而進行，並且基於此原因，根據熱解的進行程度流入熱通量本身可各自受到控制。此外，在此情形中，可由線圈(50)的匝數、從管線(10)隔開的預定距離、以及線圈(50)材料等調整感應電流的強度，並且基於此，有可能各自獨立地傳遞熱能。
本申請案之一個實例之流體加熱裝置(1)可使用一些種類的熱產生單元。圖4示例性地及圖示性地示出此流體加熱裝置(1)。參照圖4，第一熱吸收區域(21)接收透過供電裝置(30)(其係直接連接至相對應的管線(10)之外表面(110))供應之電能而轉換之熱能。第二熱吸收區域(22)接收由外部熱源(40)產生的熱能，而第三熱吸收區域(23)接收藉由施加交流電至線圈(50)(其以螺旋形式環繞管線(10)並與其隔開)而形成的感應電流所形成的熱能，藉此所形成的感應電流於管線(10)的表面(110)流動。
在本申請案中，圖1及4中所示之管線(10)或直接連接至其外表面的供電裝置(30)(此後可稱為第一電熱產生單元)、圖2及4中所示之管線(10)以及與其隔開的電性外部熱源(40)(此後可稱為第二電熱產生單元)、以及圖3及4中所示之產生感應電流的熱源(50)(此後可稱為第三電熱產生單元)全部可以是將電能轉換成熱能的電熱產生單元。
在一個實例中，在本申請案的流體加熱裝置提供的所有熱產生單元中，可以有特定部分或更多部分為電熱產生單元。例如，流體加熱裝置中的電熱產生單元與全部熱產生單元的數量比值的下限可以是大約50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%或95%，而上限可以是大約100%。電熱產生單元的數量比值可小於或等於上述上限並大於或等於，或大於上述下限的任何一者。此外，流體加熱裝置提供的所有電熱產生單元可以是第一至第三電熱產生單元的任何一種，並且在一些情形中，彼等可以是兩種或更多的第一至第三電熱產生單元之組合。此外，即使當全部電熱產生單元是第一至第三電熱產生單元的任何一種，由個別熱產生單元產生之熱能的形式及量可彼此不同。
在本申請案的流體加熱裝置中，可藉由施加不同形式之熱能至該等兩個或更多個經劃分的熱吸收區域的各者而有效率地進行製程。
在一個實例中，流體加熱裝置中彼此劃分的兩個或更多個熱吸收區域可經配置使得移動通過管線的流體可經過熱吸收區域，其中根據下列方程式1施加之熱能的差值ΔH的絕對值為預定範圍或更高。 [方程式1]
在方程式1中，H1為施加至兩個或更多個熱吸收區域的任何一個之熱能，而H2為施加至與被施加熱能H1的熱吸收區域不相同之熱吸收區域的熱能。
流體在經過經施加之熱能H1的熱吸收區域之後亦可經過經施加之熱能H2的熱吸收區域，並亦可在經過經施加之熱能H2的熱吸收區域之後經過經施加之熱能H1的熱吸收區域。
熱能是每單位時間施加至各個熱吸收區域的熱能，其中單位可以是卡路里/秒(cal/sec)。
上述方程式1中ΔH的絕對值的下限可以是大約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%或130%，且其上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%、80%、70%、60%或50%。上述方程式1中ΔH的絕對值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。上述方程式1中的ΔH可以是負數或正數。
這亦即，具有該等兩個或更多個經劃分的熱吸收區域之流體加熱裝置可包含經施加之熱能係相對地大的區域以及經施加之熱能係相對地小的區域，並且流體可依序地或交替地移動通過這些區域。
例如，流體加熱裝置的熱吸收區域可經配置使得施加至流體的熱能沿著流體流動的方向下降後再上升，或上升後再下降。於此時，可進行熱能的上升或下降使得上述方程式1中的ΔH的絕對值位於上述範圍內。
在一個實例中，流體加熱裝置的複數個熱吸收區域可經配置使得流體在沿著管線移動時沿著流動方向重複地歷經位於上述範圍中的方程式1之熱能的差值ΔH的絕對值。這亦即，多個熱吸收區域可經配置使得流體在沿著管線移動時歷經兩次或更多次之一個或更多個熱能的上升及下降(其係依照位於上述範圍中的方程式1之熱能的差值ΔH的絕對值)。流體歷經之一個或更多個熱能的上升及下降(其係依照位於上述範圍中的方程式1之熱能的差值ΔH的絕對值)的次數的數目下限可以是大約2次、3次或4次，且其上限可以是大約10次、9次、8次、7次、6次、5次、4次、3次、或2次。次數的數目可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。
當流體歷經熱能上升時，上述方程式1中ΔH的下限可以是大約10%、20%、30%或40%，且上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%、80%、70%、60%或50%。上述方程式1中的ΔH可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。在此情形中，在方程式1中，H1為施加至流體移動的兩個熱吸收區域中經施加較多熱能之熱吸收區域的熱能，而H2為施加至流體移動的兩個熱吸收區域中經施加較少熱能之熱吸收區域的熱能。流體可經過經施加較少熱能的熱吸收區域，並接著再度經過經施加較多熱能的熱吸收區域。在此情形中，流體可能沒有經過兩個熱吸收區域之間的另一個熱吸收區域。
當流體歷經熱能下降時，上述方程式1中ΔH的下限可以是大約30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%或130%，且上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%或80%。上述方程式1中的ΔH可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。在此情形中，在方程式1中，H1為施加至流體移動的兩個熱吸收區域中經施加較多熱能之熱吸收區域的熱能，而H2為施加至流體移動的兩個熱吸收區域中經施加較少熱能之熱吸收區域的熱能。流體可經過經施加較多熱能的熱吸收區域，並再度接著經過經施加較少熱能的熱吸收區域。在此情形中，流體可能沒有經過兩個熱吸收區域之間的另一個熱吸收區域。
藉由如上說明調整經施加之熱能，能夠更有效率地根據製程的目標進行製程。
在一個實例中，流體加熱裝置中彼此劃分的兩個或更多個熱吸收區域可經配置使得移動通過管線的流體可經過熱吸收區域，其中根據下列方程式2施加之熱通量的差值ΔF的絕對值為預定範圍或更高。 [方程式2]
在方程式2中，F1為兩個或更多個熱吸收區域的任何一個之熱通量，而F2為與具有熱通量F1的熱吸收區域不相同之熱吸收區域中的熱通量。
流體亦可經過具有熱通量F1的熱吸收區域，並接著經過具有熱通量F2的熱吸收區域，並亦可經過具有熱通量F2的熱吸收區域，並接著經過具有熱通量F1的熱吸收區域。
熱通量的單位可以是W/cm 2。
上述方程式2中ΔF的絕對值的下限可以是大約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%或130%，且其上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%、80%、70%、60%或50%。方程式2中ΔF的絕對值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。上述方程式2中的ΔF可以是負數或正數。
這亦即，具有該等兩個或更多個經劃分的熱吸收區域之流體加熱裝置可包含具有相對地大的熱通量的區域以及具有小的熱通量的區域，並且流體可依序地或交替地移動通過這些區域。
例如，流體加熱裝置的熱吸收區域可經配置使得在沿著流體流動的方向移動的過程中，流體係曝露至下降後再上升的熱通量，或可經配置使得其係曝露至上升後再下降的熱通量。於此時，可進行熱通量的上升或下降使得方程式2中ΔF的絕對值位於上述範圍內。
在一個實例中，流體加熱裝置的複數個熱吸收區域可經配置使得流體在沿著管線移動時沿著流動方向重複地歷經位於上述範圍中的方程式2之熱通量的差值ΔF的絕對值。這亦即，多個熱吸收區域可經配置使得流體在沿著管線移動時歷經兩次或更多次的一個或更多個熱通量的上升與下降(其係依照位於上述範圍中的方程式2之熱通量的差值ΔF的絕對值)。流體歷經之一個或更多個熱能的上升及下降(其係依照位於上述範圍中的方程式2之熱通量的差值ΔF的絕對值)的次數的數目下限可以是大約2次、3次或4次，且其上限可以是大約10次、9次、8次、7次、6次、5次、4次、3次、或2次。次數的數目可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。
當流體歷經熱通量上升時，上述方程式2中ΔF的絕對值的下限可以是大約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%或130%，且其上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%、80%、70%、60%或50%。方程式2中ΔF的絕對值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。流體可曝露至小的熱通量，並接著再度曝露至大的熱通量。
當流體歷經熱通量下降時，上述方程式2中ΔF的絕對值的下限可以是大約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%或130%，且其上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%、80%、70%、60%或50%。方程式2中ΔF的絕對值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。流體可曝露至大的熱通量，並接著曝露至小的熱通量。
藉由如上說明調整熱通量，能夠更有效率地根據製程的目標進行製程。
在一個實例中，流體加熱裝置的兩個或更多個熱吸收區域可經配置使得流體在內部通道沿著流體流動的方向係曝露至週期性地波動的熱通量或經施加之熱能。在此，熱通量或經施加之熱能的週期性波動表示流體係曝露至其中熱通量或經施加之熱能上升後再下降2次或更多次之趨勢。這亦即，當一個循環被定義為從熱通量或經施加之熱能開始增加的時間點至熱通量或經施加之熱能下降後並接著開始再度增加的時間點，流體在沿著流動方向移動時可曝露至一個循環2次或更多次。
流體曝露至一個循環之次數的數目下限可以是大約2次、3次、4次、5次或6次，且其上限可以是大約100次、95次、90次、85次、80次、75次、70次、65次、60次、55次、50次、45次、40次、35次、30次、25次、20次、15次、10次、9次、8次、7次或6次。次數的數目可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。
在週期性波動中，在一個循環中熱通量或熱能的最大值與最小值之間的差值的下限(即從熱通量或熱能開始增加的時間點至熱通量或熱能上升後再下降的時間點，並接著開始再度增加)可以是大約1%、1.5%、2%、5%、25%、50%、75%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%或750%，且其上限可以是大約10,000%、5,000%、4,500%、4,000%、3,500%、3,000%、2,500%、2,000%、1,500%、1,000%、950%、900%、850%、800%、750%、700%、650%、600%、550%、500%、450%、400%、350%、300%、250%、200%、150%、100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%或3%。該差值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。當一個循環中的最大熱通量或熱能值設為A並且一個循環中的最小熱通量或熱能值設為B，該差值是以100×(A-B)/B計算的值。
同時，在週期性波動中，可調整一個循環的長度(即從熱通量或熱能開始增加的時間點至熱通量或熱能上升後再下降的時間點，並接著開始再度增加)與管線的總長度或流體移動通過的管線的長度之比值。例如，該比值的下限可以是大約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、15%、20%、25%或30%，且其上限可以是大約200%、195%、190%、185%、180%、175%、170%、165%、160%、155%、150%、145%、140%、135%、130%、125%、120%、115%、110%、105%、100%、95%、90%、85%、80%、75%、70%、65%、60%、55%、50%、45%、40%、35%、30%、25%、20%、15%或10%。該比值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。當流體加熱裝置中流體移動通過之管線的總長度設為L並且一個循環的長度設為L1時，該比值係透過100×L1/L計算的值。
用於產生管線中熱通量或經施加之熱能的這些週期性波動或波動的方法沒有特別地限制。例如，可透過調整流體加熱裝置中存在之熱產生單元的種類、施加至各單元之熱能大小及／或單元之間的間隔等而維持熱通量或經施加之熱能的週期性波動或波動。
藉由配置熱吸收區域而能夠以此方式驅動流體加熱裝置，能夠有效率地根據此目標進行製程。
本申請案亦關於一種使用流體加熱裝置加熱流體的方法或一種藉由使用流體加熱裝置加熱流體而製造產物的方法。
於此時，產物的種類沒有特別地限制，其可根據待使用流體加熱裝置進行加熱或反應的原料而決定。例如，當方法為裂解製程或製程的一部分時，產物可以是乙烯、丙烯及／或氫氣等，但不限於此。
可使用上述流體加熱裝置執行本方法。因此，上述內容可同等地應用於本方法中使用的流體加熱裝置之具體細節。
例如，方法可包含在移動流體通過流體加熱裝置的管線的內部通道時，獨立地施加熱能至流體加熱裝置的兩個或更多個經劃分的熱吸收區域之步驟。
在此，施加至個別熱吸收區域的熱能可由不同的熱產生單元所產生，其中至少一個熱產生單元可以是上述電熱產生單元。
可進行此方法使得流體在移動通過管線時曝露至適當的熱能或熱通量。
例如，在上述方法中，可施加熱能至熱吸收區域使得流體在移動通過流體加熱裝置的管線時可經過熱吸收區域，其中根據下列方程式1施加之熱能的差值ΔH的絕對值為預定範圍或更高。 [方程式1]
在方程式1中，H1為施加至兩個或更多個熱吸收區域的任何一個之熱能，而H2為施加至與被施加熱能H1的熱吸收區域不相同之熱吸收區域的熱能。
流體亦可在經過經施加之熱能H1的熱吸收區域之後經過經施加之熱能H2的熱吸收區域，並亦可在經過經施加之熱能H2的熱吸收區域之後經過經施加之熱能H1的熱吸收區域。熱能是於每單位時間施加至各個熱吸收區域的熱能，其中單位可以是卡路里/秒。
上述方程式1中ΔH的絕對值的下限可以是大約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%或130%，且其上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%、80%、70%、60%或50%。上述方程式1中ΔH的絕對值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。上述方程式1中的ΔH可以是負數或正數。
這亦即，具有該等兩個或更多個經劃分的熱吸收區域之流體加熱裝置可包含經施加之熱能係相對地大的區域以及經施加之熱能係相對地小的區域，並且流體可依序地或交替地移動通過這些區域。
例如，可施加熱能至流體加熱裝置的熱吸收區域，使得流體在沿著流體流動的方向移動時曝露至下降後再上升的熱能，或曝露至上升後再下降的熱能。於此時，可進行熱能的上升或下降使得上述方程式1中的ΔH的絕對值位於上述範圍內。
在一個實例中，可施加熱能至流體加熱裝置的複數個熱吸收區域，使得流體在沿著管線移動時沿著流動方向重複地歷經位於上述範圍中的方程式1之熱能的差值ΔH的絕對值。這亦即，可施加熱能至多個熱吸收區域，使得流體在沿著管線移動時歷經兩次或更多次的一個或更多個熱能的上升及下降(其係依照位於上述範圍中的方程式1之熱能的差值ΔH的絕對值)。流體歷經之一個或更多個熱能的上升及下降(其係依照位於上述範圍中的方程式1之熱能的差值ΔH的絕對值)的次數的數目下限可以是大約2次、3次或4次，且其上限可以是大約10次、9次、8次、7次、6次、5次、4次、3次、或2次。次數的數目可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。
當施加熱能使得流體歷經熱能上升時，上述方程式1中ΔH的下限可以是大約10%、20%、30%或40%，且上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%、80%、70%、60%或50%。上述方程式1中的ΔH可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。在此情形中，在方程式1中，H1為施加至流體移動的兩個熱吸收區域中經施加較多熱能之熱吸收區域的熱能，而H2為施加至流體移動的兩個熱吸收區域中經施加較少熱能之熱吸收區域的熱能。流體可經過經施加較少熱能的熱吸收區域，並接著再度經過經施加較多熱能的熱吸收區域。在此情形中，流體可能沒有經過兩個熱吸收區域之間的另一個熱吸收區域。
當施加熱能使得流體歷經熱能下降時，上述方程式1中ΔH的下限可以是大約30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%或130%，且上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%或80%。上述方程式1中的ΔH可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。在此情形中，在方程式1中，H1為施加至流體移動的兩個熱吸收區域中經施加較多熱能之熱吸收區域的熱能，而H2為施加至流體移動的兩個熱吸收區域中經施加較少熱能之熱吸收區域的熱能。流體可經過經施加較多熱能的熱吸收區域，並再度接著經過經施加較少熱能的熱吸收區域。在此情形中，流體可能沒有經過兩個熱吸收區域之間的另一個熱吸收區域。
藉由如上說明調整經施加之熱能，能夠更有效率地根據製程的目標進行製程。
在一個實例中，在上述方法中，可施加熱能至流體加熱裝置的兩個或更多個經劃分的熱吸收區域，使得移動通過管線的流體可曝露至熱吸收區域，其中根據下列方程式2施加之熱通量的差值ΔF的絕對值為預定範圍或更高。 [方程式2]
在方程式2中，F1為兩個或更多個熱吸收區域的任何一個之熱通量，而F2為與具有熱通量F1的熱吸收區域不相同的熱吸收區域中的熱通量。
流體亦可經過具有熱通量F1的熱吸收區域，並接著經過具有熱通量F2的熱吸收區域，並亦可經過具有熱通量F2的熱吸收區域，並接著經過具有熱通量F1的熱吸收區域。
熱通量的單位可以是W/cm 2。
上述方程式2中ΔF的絕對值的下限可以是大約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%或130%，且其上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%、80%、70%、60%或50%。方程式2中ΔF的絕對值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。上述方程式2中的ΔF可以是負數或正數。
這亦即，具有該等兩個或更多個經劃分的熱吸收區域之流體加熱裝置可包含具有相對地大的熱通量的區域以及具有小的熱通量的區域，並且流體可依序地或交替地移動通過這些區域。
例如，在沿著流體流動的方向移動的過程中，可施加熱能至流體加熱裝置的熱吸收區域，使得流體曝露至下降後再上升的熱通量，或可進行使得其曝露至上升後再下降的熱通量。於此時，可進行熱通量的上升或下降使得方程式2中ΔF的絕對值位於上述範圍內。
在一個實例中，施加熱能至流體加熱裝置的複數個熱吸收區域可經配置使得流體在沿著管線移動時沿著流動方向重複地歷經位於上述範圍中的方程式2之熱通量的差值ΔF的絕對值。這亦即，可施加熱能至多個熱吸收區域，使得流體在沿著管線移動時歷經兩次或更多次的一個或更多個熱通量的上升與下降(其係依照位於上述範圍中的方程式2之熱通量的差值ΔF的絕對值)。流體歷經之一個或更多個熱能的上升及下降(其係依照位於上述範圍中的方程式2之熱通量的差值ΔF的絕對值)的次數的數目下限可以是大約2次、3次或4次，且其上限可以是大約10次、9次、8次、7次、6次、5次、4次、3次、或2次。次數的數目可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。
當施加熱能使得流體歷經熱通量上升時，上述方程式2中ΔF的絕對值的下限可以是大約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%或130%，且其上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%、80%、70%、60%或50%。方程式2中ΔF的絕對值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。流體可曝露至小的熱通量，並接著再度曝露至大的熱通量。
當施加熱能使得流體歷經熱通量下降時，上述方程式2中ΔF的絕對值的下限可以是大約10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%或130%，且其上限亦可以是大約1000%、900%、800%、700%、600%、500%、400%、300%、200%、100%、90%、80%、70%、60%或50%。方程式2中ΔF的絕對值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。流體可曝露至大的熱通量，並接著曝露至小的熱通量。
藉由如上說明調整熱通量，能夠更有效率地根據製程的目標進行製程。
在一個實例中，可施加熱能至流體加熱裝置的兩個或更多個熱吸收區域，使得流體在內部通道中沿著流體流動的方向曝露至週期性地波動的熱通量或經施加之熱能。在此，熱通量或經施加之熱能的週期性波動表示流體曝露至其中熱通量或經施加之熱能上升後再下降2次或更多次之趨勢。這亦即，當一個循環被定義為從熱通量或經施加之熱能開始增加的時間點至熱通量或經施加之熱能下降後並接著開始再度增加的時間點，流體在沿著流動方向移動時可曝露至一個循環2次或更多次。
流體曝露至一個循環之次數的數目下限可以是大約2次、3次、4次、5次或6次，且其上限可以是大約100次、95次、90次、85次、80次、75次、70次、65次、60次、55次、50次、45次、40次、35次、30次、25次、20次、15次、10次、9次、8次、7次或6次。次數的數目可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。
在週期性波動中，在一個循環中熱通量或熱能的最大值與最小值之間的差值的下限(即從熱通量或熱能開始增加的時間點至熱通量或熱能上升後再下降的時間點，並接著開始再度增加)可以是大約1%、1.5%、2%、5%、25%、50%、75%、100%、150%、200%、250%、300%、350%、400%、450%、500%、550%、600%、650%、700%或750%，且其上限可以是大約10,000%、5,000%、4,500%、4,000%、3,500%、3,000%、2,500%、2,000%、1,500%、1,000%、950%、900%、850%、800%、750%、700%、650%、600%、550%、500%、450%、400%、350%、300%、250%、200%、150%、100%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%或3%。該差值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。當一個循環中的最大熱通量或熱能值設為A並且一個循環中的最小熱通量或熱能值設為B，該差值是以100×(A-B)/B計算的值。
在週期性波動中，可調整一個循環的長度(即從熱通量或熱能開始增加的時間點至熱通量或熱能上升後再下降的時間點，並接著開始再增加)與管線之總長度或流體移動通過的管線的長度之比值。例如，該比值的下限可以是大約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、15%、20%、25%或30%，且其上限可以是大約200%、195%、190%、185%、180%、175%、170%、165%、160%、155%、150%、145%、140%、135%、130%、125%、120%、115%、110%、105%、100%、95%、90%、85%、80%、75%、70%、65%、60%、55%、50%、45%、40%、35%、30%、25%、20%、15%或10%。該比值可以是大於或等於，或大於上述下限的任何一者，或可位於小於或等於，或小於上述上限的任何一者並大於或等於，或大於上述下限的任何一者之範圍內。當流體加熱裝置中流體移動通過之管線的總長度設為L並且一個循環的長度設為L1，該比值係透過100×L1/L計算的值。
用於產生管線中熱通量或經施加之熱能的這些週期性波動或波動的方法沒有特別地限制。例如，可透過調整流體加熱裝置中存在的熱產生單元的種類、施加至各單元之熱能大小及／或單元之間的間隔等而維持熱通量或經施加之熱能的週期性波動或波動。
為了確認本申請案的流體加熱裝置之效果，製備如圖10所示之包含管線(10)的流體加熱裝置(1)(實施例1)。圖7的管線(10)係劃分成總共四個熱吸收區域(20a、20b、20c及20d)，能夠調整電流量之直流電供電裝置(30)係電性連接至對應於個別熱吸收區域(20a、20b、20c及20d)之管線(10)的表面(110)。作為熱解標的之流體，流體包含含有具有3個或更少碳原子的化合物之液化石油氣(liquefied petroleum gas, LPG)，並且使用蒸汽(其係藉由圖7的管線(10)的入口(60)引入流體加熱裝置(1)中)。
調整直流電電源(30)所施加之電能大小，使得約6,700卡路里/秒的熱能施加至這四個熱吸收區域中的熱吸收區域20a；約2,800卡路里/秒的熱能施加至熱吸收區域20b；約1,600卡路里/秒的熱能施加至熱吸收區域20c；而約2,700卡路里/秒的熱能施加至熱吸收區域20d。藉由調整電性連接至管線(10)的表面(110)之直流電供電裝置(30)的電流，施加至各個熱吸收區域之熱能係彼此不同。
作為比較標的(比較例1)，使用如上說明之圖7所示種類管線(10)的流體加熱裝置。然而，在比較標的之裝置中，沒有應用電熱產生單元而是應用相同於傳統技術的方式之藉由燃燒燃料而產生的火力來施加熱能的單元。在此形式中，不能獨立地將熱能施加至個別熱吸收區域，並且熱解係於具有固定熱分布態樣之高溫裂解爐中進行。
實施例1及比較例1的所有其他條件是相同的，除了在熱產生單元之差異。
在實施例1及比較例1中，對於從管線(10)的出口(70)排放之反應物，測量乙烯及丙烯的流速，結果示於以下表1。此外，對出口(70)出來之反應物測量焦炭前驅物餾分以及位於出口(70)的反應物之溫度，結果示於以下表1。焦炭前驅物餾分係計算為芳香化合物的流速相較於從出口(70)出來之反應物的流速之值。在此，芳香化合物表示分子中具有苯環及／或苯環之縮合環的有機化合物。 [表1]
   乙烯 流速 (kg/h) 丙烯 流速 (kg/h) 總烯烴 流速 (kg/h) 焦炭前驅 物餾分 COT(coil outlet temperature,爐 管出口溫度(℃))
實施例1 1004 655 1659 0.02 812
比較例1 1012 450 1462 0.06 838
從表1可知，相較於比較例1中的總烯烴流速，實施例1中的總烯烴流速改善了約13.5%。因此，在實施例1的情形中，熱能得以不同形式分布至數個熱吸收區域，使得所期望的反應物表現出的流速高於比較例1者。
從表1可知確認實施例1的焦炭前驅物餾分低於比較例1者。這亦即，可知比較例1的反應物相較於實施例1的反應物包括更高含量的芳香化合物。
參照表1，可確認比較例1的COT(即，位於出口(70)之流體的溫度以作為反應物的溫度)相較於實施例1更高。因此，實施例1具有的COT低於比較例1，可知減少了焦炭的產生並且更有效率地使用熱能。
進行了進一步的實驗(實施例2)。在實施例2中，使用了包含總長度為約27m之U形管線的流體加熱裝置。管線係劃分成位於適當位置之數個熱吸收區域，並且能夠調整電流量之直流電供電裝置係電性連接至對應於個別熱吸收區域之管線的表面。使用包含石腦油及蒸汽之流體作為熱解標的，並且流體係藉由管線的入口引入至流體加熱裝置。
圖11係實施例2中根據管線長度之熱能(即熱通量)的分布。藉由調節電性連接之直流電供電裝置的電流量而達成此分布。
作為對照組(比較例2)，其包含相同於實施例2的U形管線並使用如比較例1中相同形式之產生熱能的單元。在此情形中，這是不能獨立地將熱能施加至個別熱吸收區域，並且熱解係於具有固定熱分布態樣之高溫裂解爐中進行之情形。圖12為比較例2中的熱能(即熱通量)的分布。
實施例2及比較例2的所有其他條件是相同的，除了上述熱能的分布係藉由改變熱產生單元的種類而調整。
在實施例2及比較例2中，對於從管線的出口出來之反應物，測量甲烷(CH 4)、乙烯(C 2H 4)、丙烯(C 3H 6)、乙烷(C 2H 6)、丁烯(C 4H 8)、丙烷(C 3H 8)及苯(C 6H 6)的含量比，結果示於圖13。在圖13中，當比較例2中測量的甲烷(CH 4)、乙烯(C 2H 4)、丙烯(C 3H 6)、乙烷(C 2H 6)、丁烯(C 4H 8)、丙烷(C 3H 8)及苯(C 6H 6)的量已各自設為100%，將實施例2中測量的甲烷(CH 4)、乙烯(C 2H 4)、丙烯(C 3H 6)、乙烷(C 2H 6)、丁烯(C 4H 8)、丙烷(C 3H 8)及苯(C 6H 6)的量與彼等進行比較。
在圖13中，以虛線指示實施例2之含量，並以實線指示比較例2之含量。在個別含量中，對於從流體加熱裝置的出口出來的反應物，當比較例2中測量的所有化合物的含量比已設為100%，示出實施例2中測量的所有化合物的含量比。
參照圖13可知實施例2中乙烯(C 2H 4)及丙烯(C 3H 6)(彼等為裂解製程中的目標化合物)的含量比相較於比較例2係獲得改善，並且可知實施例2中甲烷(CH 4)、乙烷(C 2H 6)及苯(C 6H 6)(彼等並非目標化合物)的含量比相較於比較例2係減少。圖13中所示的含量比為重量比。反應物中包括的化合物的含量比係計算為個別化合物的流速相對於反應物的流速之值。
進行了進一步的實驗(實施例3)。在實施例3中，使用了包含總長度為約13m之線型管線的流體加熱裝置。管線係劃分成位於適當位置之數個熱吸收區域，並且能夠調整電流量之直流電供電裝置係電性連接至對應於個別熱吸收區域之管線的表面。使用包含石腦油及蒸汽之流體作為熱解標的，並且流體係藉由管線的入口引入至流體加熱裝置。圖14係根據管線長度的熱能(即熱通量)的分布。藉由調節電性連接之直流電供電裝置的電流量而達成此分布。
作為對照組(比較例3)，其包含相同於實施例3的線型管線並使用如比較例1中相同形式之產生熱能的單元。在此情形中，這是不能獨立地將熱能施加至個別熱吸收區域，並且熱解係於具有固定熱分布態樣之高溫裂解爐中進行之情形。圖15係比較例3中熱能(即熱通量)的分布。
在實施例3及比較例3中，對於從管線的出口出來之反應物，測量甲烷(CH 4)、乙烯(C 2H 4)、丙烯(C 3H 6)、乙烷(C 2H 6)及丁炔(C 4H 6)的含量比，結果示於圖16。在圖16中，當比較例3中測量的甲烷(CH 4)、乙烯(C 2H 4)、丙烯(C 3H 6)、乙烷(C 2H 6)及丁炔(C 4H 6)的量已各自設為100%，將實施例3中測量的甲烷(CH 4)、乙烯(C 2H 4)、丙烯(C 3H 6)、乙烷(C 2H 6)及丁炔(C 4H 6)的量與彼等進行比較。
在圖13中，以虛線呈現實施例3的結果，並以實線呈現比較例3的結果。在圖13的結果中，對於從流體加熱裝置的出口出來的反應物，當比較例3中測量的所有化合物的含量比已設為100%，示出實施例3中測量的所有化合物的含量比。
參照圖13，可知實施例3中乙烯(C 2H 4)及丙烯(C 3H 6)(彼等為裂解製程中的目標化合物)的含量比相較於比較例3係獲得改善，並且可知實施例3中甲烷(CH 4)及乙烷(C 2H 6)(彼等並非目標化合物)的含量比相較於比較例3係明顯地減少。在圖13中的含量中，含量比為重量比。反應物中包括的化合物的含量比係測量為個別化合物的流速相對於反應物的流速之值。
從上述結果，可確認本申請案之一個實例之流體加熱裝置根據熱解的進行程度考量熱解標的之物理及／或化學特性能夠改善裂解製程中目標化合物的產率而個別控制流入熱通量本身，減少除了目標化合物之外的化合物(甲烷、乙烷、苯、燃料油等)的產生量，並減少產生焦炭的現象。
1:流體加熱裝置 10:管線 21:第一熱吸收區域 22:第二熱吸收區域 23:第三熱吸收區域 30:供電裝置 40:外部熱源 50:線圈 110:表面 120:內部通道 60:入口 20a:熱吸收區域 20b:熱吸收區域 20c:熱吸收區域 20d:熱吸收區域 70:出口
[圖1至4]為示例性流體加熱裝置之示意圖。 [圖5至8]為示例性管線之示意圖。 [圖9]為示例性管線的截面形狀之示意圖。 [圖10]為實施例1的流體加熱裝置之示意圖。 [圖11]為實施例2的管線中熱通量的形式。 [圖12]為比較例2的管線中熱通量的形式。 [圖13]為實施例2及比較例2的反應物之分析結果。 [圖14]為實施例3的管線中熱通量的形式。 [圖15]為比較例3的管線中熱通量的形式。 [圖16]為實施例3及比較例3的反應物之分析結果。

Claims (20)

  1. 一種流體加熱裝置，其包含： 管線，其具有該流體流動通過的內部通道， 其中該內部通道係劃分成兩個或更多個熱吸收區域，以及 其中該等兩個或更多個經劃分的熱吸收區域係各自獨立地形成為能夠接收熱能。
  2. 如請求項1之流體加熱裝置，其中該等熱吸收區域係各自形成為使得接收的該熱能係於不同的熱產生單元產生。
  3. 如請求項2之流體加熱裝置，其中該等熱產生單元的至少一個係形成為能夠將電能轉換為熱能的熱產生單元。
  4. 如請求項3之流體加熱裝置，其中該等熱產生單元的至少一個係形成為藉由通電而產生阻熱的管線。
  5. 如請求項3之流體加熱裝置，其中該等熱產生單元的至少一個係與該管線隔開並形成為將電能轉換為熱能的單元。
  6. 如請求項3之流體加熱裝置，其中該等熱產生單元的至少一個係形成為藉由感應電流產生阻熱的管線。
  7. 如請求項1至6中任一項的流體加熱裝置，其中該等兩個或更多個熱吸收區域係經配置使得該流體可曝露至該等熱吸收區域，其中根據下列方程式1施加之該熱能的差值ΔH的絕對值為10%或更高： [方程式1] 其中，H1為施加至該等兩個或更多個熱吸收區域的任何一個的該熱能，而H2為施加至與被施加該熱能H1的該熱吸收區域不相同之熱吸收區域的該熱能。
  8. 如請求項7之流體加熱裝置，其中該等兩個或更多個熱吸收區域係經配置使得沿著該流體流動的方向施加之該熱能下降後再上升，或上升後再下降。
  9. 如請求項1至6中任一項的流體加熱裝置，其中該等熱吸收區域係經配置使得該內部通道中的熱通量或經施加之熱能中的週期性波動沿著該流體流動的方向發生。
  10. 如請求項10之流體加熱裝置，其中在週期性波動的一個循環中，最大熱通量或經施加之熱能與最小熱通量或經施加之熱能之間的差值的絕對值為10%或更高。
  11. 如請求項10之流體加熱裝置，其中該等兩個或更多個熱吸收區域係經配置使得該流體曝露至包含兩個或更多個循環之該熱通量或經施加之熱能的週期性波動。
  12. 如請求項10之流體加熱裝置，其中該等兩個或更多個熱吸收區域係經配置使得該熱通量或經施加之熱能的週期性波動的一個循環之長度與該流體移動通過的該管線之長度的比值係位於1%至200%之範圍內。
  13. 一種藉由使用請求項1的流體加熱裝置加熱流體而製造產物的方法，其包含 在移動該流體進入該流體加熱裝置的該管線的該內部通道時，獨立地施加熱能至該流體加熱裝置的該等兩個或更多個經劃分的熱吸收區域。
  14. 如請求項13之方法，其中施加至各個熱吸收區域的該熱能係由不同的熱產生單元所產生，並且該等熱產生單元中的至少一個熱產生單元係將電能轉換為熱能的單元。
  15. 如請求項13之方法，其中施加該熱能使得該流體移動通過該等兩個或更多個熱吸收區域，其中根據下列方程式1施加之該熱能的差值ΔH的絕對值為10%或更高： [方程式1] 其中，H1為施加至該等兩個或更多個熱吸收區域的任何一個的該熱能，而H2為施加至與被施加該熱能H1的該熱吸收區域不相同之熱吸收區域的該熱能。
  16. 如請求項15之方法，其中施加該熱能至該等兩個或更多個熱吸收區域，使得沿著該流體流動的方向施加之該熱能下降後再上升，或上升後再下降。
  17. 如請求項13之方法，其中施加該熱能至該等兩個或更多個熱吸收區域，使得該流體沿著流動的方向曝露至該內部通道中的熱通量或經施加之熱能的週期性波動。
  18. 如請求項17之方法，其中施加該熱能至該等兩個或更多個熱吸收區域，使得在週期性波動的一個循環中，最大熱通量或經施加之熱能與最小熱通量或經施加之熱能之間的差值的絕對值為10%或更高。
  19. 如請求項17之方法，其中施加該熱能至該等兩個或更多個熱吸收區域，使得該流體曝露至包含兩個或更多個循環之該熱通量或經施加之熱能的週期性波動。
  20. 如請求項17之方法，其中施加該熱能至該等兩個或更多個熱吸收區域，使得該熱通量或經施加之熱能的週期性波動的一個循環之長度與該流體移動通過的該管線之長度的比值係位於1%至200%之範圍內。
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