EP4221886A1 - Wärmeintegration eines elektrisch beheizten reaktors - Google Patents

Wärmeintegration eines elektrisch beheizten reaktors

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EP4221886A1
EP4221886A1 EP21783012.4A EP21783012A EP4221886A1 EP 4221886 A1 EP4221886 A1 EP 4221886A1 EP 21783012 A EP21783012 A EP 21783012A EP 4221886 A1 EP4221886 A1 EP 4221886A1
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EP
European Patent Office
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plant
raw material
preheater
electrically heatable
reactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21783012.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eric Jenne
Kiara Aenne KOCHENDOERFER
Andrey Shustov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Linde GmbH
Original Assignee
BASF SE
Linde GmbH
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Filing date
Publication date
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    • C10G2400/30—Aromatics

Definitions

  • the invention relates to a plant for the production of reaction products and a method for heat integration in the production of reaction products.
  • the heat generated during the combustion of natural gas is not only used for splitting in conventional steamer fields, but the waste heat rising in the chimney is also used to preheat the raw petrol in the convection zone.
  • Such conventional production plants are known, for example, from EP 2 653 524 A1, US Pat. No. 4,361,478 A, EP 0 245 839 A1 or EP3415587A1.
  • Electrically heatable reactors are also known, for example from WO 2015/197181 A1, WO 2020/035575 A1, WO 2020/035574 A1, DE 103 17 197 A1 and WO 2017/186437 A.
  • Electrically heatable reactors can enable CO2-neutral operation of the reactor.
  • WO 2015/197181 A1 describes a device for heating a fluid with at least one electrically conductive pipe for receiving the fluid, and at least one voltage source connected to the at least one pipe.
  • the at least one voltage source is designed to generate an alternating electrical current in the at least one pipeline, which heats the at least one pipeline to heat the fluid.
  • WO 2020/035575 A1 describes a device for heating a fluid, which comprises at least one electrically conductive pipeline and/or at least one electrically conductive pipeline segment for receiving the fluid, and at least one direct current and/or direct voltage source.
  • Each pipeline and/or each pipeline segment is assigned a direct current and/or direct voltage source, which is connected to the respective pipeline and/or to the respective pipeline segment, with the respective direct current and/or direct voltage source being designed to generate an electric current in to generate the respective pipeline and/or in the respective pipeline segment, which the respective pipeline and/or the respective pipeline segment by Joule Heat, which is generated when electric current passes through conductive pipe material, is used to heat the fluid.
  • WO 2020/035574 A1 describes a device for heating a fluid, which comprises at least one electrically conductive pipe for receiving the fluid, at least one electrically conductive coil and at least one AC voltage source which is connected to the coil and is set up to supply the coil with an AC voltage to apply.
  • the coil is set up to generate at least one electromagnetic field through the application of the AC voltage.
  • the tubing and coil are arranged such that the electromagnetic field of the coil induces an electrical current in the tubing which heats the tubing by Joule heat generated when the electrical current passes through conductive tubing material to heat the fluid.
  • Integrating an electrically heatable reactor into a steam cracker is a challenge that has not yet been solved.
  • the convection zone and thus the possibility of preheating the starting material are eliminated.
  • the problem of heat integration of the electrically heated reactor into the plant has not yet been solved.
  • a heat integration of an electrically heatable reactor in a system such as a system for carrying out at least one endothermic reaction, a system for heating, a system for preheating, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a A device for dry reforming, a device for styrene production, a device for ethylbenzene dehydrogenation, a device for cracking urea, isocyanates, melamine, a cracker, a catalytic cracker, a device for dehydrogenation.
  • Preferred embodiments of the invention include: specified in the associated subclaims and subclaim linkages.
  • the terms “have”, “have”, “comprise” or “include” or any grammatical deviations thereof are used in a non-exclusive manner. Accordingly, these terms can refer both to situations in which, apart from the feature introduced by these terms, no further features are present, or to situations in which one or more further features are present.
  • the phrase “A has B,””A has B,””A includes B,” or “A includes B” can both refer to the situation in which there is no other element in A other than B (ie to a situation in which A consists exclusively of B), as well as to the situation where, in addition to B, there are one or more other elements in A, e.g. element e, elements C and D or even other elements.
  • a “plant” can be understood to mean a chemical production plant.
  • the system can be selected from the group consisting of: a system for carrying out at least one endothermic reaction, a system for heating, a system for preheating, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for Dry reforming, a styrene production device, an ethylbenzene dehydrogenation device, a device for cracking urea, isocyanates, melamine, a cracker, a catalytic cracker, a dehydrogenation device.
  • the plant can be set up to carry out at least one process selected from the group consisting of: at least one endothermic reaction, preheating, steam cracking, steam reforming, alkane dehydrogenation, reforming, dry reforming, styrene production, ethylbenzene dehydrogenation, cracking of ureas, isocyanates, melamine, cracking, catalytic cracking, dehydration.
  • the plant has at least one preheater.
  • the system has at least one raw material feed, which is set up to feed at least one raw material to the preheater.
  • the preheater is set up to preheat the raw material to a predetermined temperature.
  • the plant has at least one electrically heatable reactor.
  • the electrically heatable reactor is set up to at least partially convert the preheated raw material into reaction products and by-products.
  • the plant has at least one heat integration device which is set up to at least partially feed the by-products to the preheater.
  • the preheater is set up to at least partially use energy required for preheating the raw material from the by-products.
  • a “preheater” can be understood to mean at least one element of the system which is set up to preheat the raw material to a predetermined temperature.
  • the raw material can have a first temperature when it is fed in.
  • the first temperature can be 100°C.
  • the preheater can be configured to heat the raw material to a second temperature, the second temperature being higher than the first temperature.
  • the predetermined temperature may be 500 to 750°C, for example.
  • the predetermined temperature may depend on the raw material, the intended chemical reaction, and/or the reaction products to be generated.
  • the preheater can have at least one burner.
  • the preheater can be set up to generate an energy requirement for preheating the raw material by burning gases, for example methane.
  • the gases can also be referred to as heating gases.
  • recycled by-products can be combusted in the preheater and provide at least some of the energy needed for heating in the preheater.
  • the system can have at least one process steam feed, which is set up to feed at least one process steam to the preheater.
  • the electrically heatable reactor can be set up to convert the raw material into a cracked gas in the presence of the process steam.
  • a “process steam” can be understood to mean steam, in the presence of which the raw material can be converted into reaction products and by-products.
  • the process steam can be a hot process steam, for example with a temperature of 180 to 200°C.
  • a “process steam supply” can be understood to mean an element of the system which is set up to provide the process steam to the preheater.
  • the process steam feed can have at least one pipe or pipe system.
  • raw material can be understood to mean any starting material, also referred to as feedstock, from which the reaction products can be generated and/or produced, in particular by at least one chemical reaction.
  • the raw material can in particular be an educt with which the chemical reaction is to be carried out.
  • the raw material can be a liquid or a be gaseous raw material.
  • the raw material may comprise at least one element selected from the group consisting of: methane, ethane, propane, butane, naphtha, ethylbenzene, gas oil, condensates, bio-fluids, bio-gases, pyrolysis oils, waste oils, and renewable fluids.
  • Bio-liquids can be, for example, fats or oils or their derivatives from renewable raw materials, such as bio-oil or bio-diesel.
  • a “raw material supply” can be understood to mean an element which is set up to provide the raw material to the preheater.
  • the raw material feed can have at least one pipe or pipe system.
  • the raw material and the process steam can each be piped to and through the preheater and heated by it.
  • the preheater can be set up to overheat the raw material.
  • the plant can be set up to mix the preheated raw material and the preheated process steam.
  • the raw material mixed with the process steam can be fed, for example via a further line, into a zone of the preheater close to the burner and can be overheated.
  • the raw material mixed with the process steam can be superheated to a temperature slightly below a cracking temperature.
  • the superheated fluid can then be fed into the electrically heatable reactor and split there.
  • the system can have at least one supply line, which is set up to supply a fluid that has been preheated, in particular superheated, by the preheater to the electrically heatable reactor.
  • a fluid that has been preheated, in particular superheated, by the preheater and/or the preheated mixture of raw material and process steam can be fed to the electrically heatable reactor via the feed line.
  • a “fluid” is understood to mean a gaseous and/or liquid medium.
  • the fluid can in particular be a mixture of raw material and process steam superheated by the preheater.
  • the fluid can be a hydrocarbon to be thermally split, in particular a mixture of hydrocarbons to be thermally split.
  • the fluid can be water or steam and additionally have a hydrocarbon to be thermally cracked, in particular a mixture of hydrocarbons to be thermally cracked.
  • the fluid can be, for example, a preheated mixture of hydrocarbons to be thermally split and steam.
  • reaction product can be understood to mean a main product to be produced, also referred to as a basic product or as a product of value.
  • the plant can be set up to run at least one chemical reaction in which main products and by-products are produced.
  • the reaction product may contain at least one element selected from the group consisting of: acetylene, ethylene, propylene, butene, butadiene, benzene, styrene, synthesis gas.
  • by-product can be understood to mean a further product of the chemical reaction, which is obtained in addition to the reaction products.
  • the by-product may include at least one element selected from the group consisting of: hydrogen, methane, ethane, propane.
  • “at least partially” converting into reaction products and by-products can be understood to mean that embodiments are possible in which the raw material and/or the mixture of raw material and process steam are completely converted, and embodiments are possible in which the raw material and/or the mixture of raw material and process steam cannot be completely converted.
  • a “reactor”, also referred to as a chemical reactor, can be understood within the scope of the present invention as a device which is set up so that at least one chemical process can take place in it and/or at least one chemical reaction can be carried out.
  • an “electrically heatable” reactor can be understood to mean an electrically operated reactor.
  • the electrically heatable reactor can be set up to heat a fluid located in the reactor by means of an electric current.
  • the electrically heatable reactor can be heatable by electricity.
  • the energy required for the reaction in the electrically heatable reactor can be generated entirely by electricity, in particular in the form of Joule heat. In principle, electricity from any power source can be used to heat the reactor.
  • electricity from renewable energies can be used, which further increases the climate compatibility of the system.
  • a preheater for the production of the reaction products means that only a proportionate supply of current may be necessary for processes in the electrically heatable reactor. In this way, the power requirement can be limited.
  • a power and transformer concept that is independent of the other elements of the system can be possible for the electrically heatable reactor.
  • the electrically heatable reactor differs from conventional ovens, ie ovens with convection zones, known for example from US 2006/116543 A1, DE 102018 132736 A1, and US 2011/163003 A1.
  • the reactions taking place in the electrically heatable reactor are identical to those in a conventional furnace, but the energy for heating and the endothermic reaction is generated from electricity, for example through direct or indirect heating.
  • the electrically heatable reactor has an electrical power supply, in particular one or more transformers, conductive power connections, switchgear and other electrotechnical equipment.
  • radiant heat is used.
  • the energy for heating and endothermic reaction is generated from the combustion of natural gas, methane, H2.
  • electrically heatable reactor refers to the reaction, for example preheated naphtha and steam, reacting to form a product, with the energy needed for the reaction being generated from electricity.
  • the electrically heatable reactor enables a CO2 reduction of up to 100%.
  • the conventional stove on the other hand, produces CO2 by burning the heating gas.
  • a further energy reduction can be made possible by optimizing the reaction or temperature control.
  • temperatures higher than those required for the processes can be reached, but not as high temperatures as with combustion in a conventional furnace. To reach the temperatures in the electrically heatable reactor large electric currents are used. In conventional furnaces, no electricity is used, instead fuel gas is burned.
  • a design of the reaction space of the electrically heatable reactor can be influenced by the electrical heating.
  • the design of a furnace chamber of a conventional furnace is influenced by the gas heating.
  • a choice of material for the electrically heatable reactor can be based on the process technology, eg reaction, coke formation, reaction temperature, etc., and the electrical heating. In the case of direct heating, the ohmic resistance can also be taken into account. A higher degree of freedom of the material can be possible with indirect heating.
  • the material selection is based solely on the process technology, e.g. reaction, coke formation, reaction temperature, etc..
  • the convection zone is defined by the radiation zone and the convection zone is necessarily arranged above the radiation zone in relation to the locations.
  • Heat integration in conventional ovens is known to those skilled in the art.
  • the heat integration consists e.g. of the heat exchangers: boiler feedwater preheating, naphtha preheating, process steam superheating, high pressure steam superheating, feedstock superheating.
  • the tubes of these heat exchangers are arranged horizontally one above the other in a conventional cracking furnace in the flue gas flow of the gas burners.
  • the convection zone cannot necessarily be arranged above the E-furnace radiation zone in relation to the locations.
  • the arrangement can be more flexible as heating is provided by independent gas burners. Since the electrically heatable reactor and the thermal integration are decoupled from one another, there are degrees of freedom with regard to the design and/or location and/or concept.
  • H2, methane, ethane like all combustible substances that have been generated from the cracked gas and cleaned up in a separation section, for the preheating of the raw materials, also referred to as feed streams, and the vapors.
  • the electrically heatable reactor can refer to the reaction after preheating, in which, for example, preheated naphtha and steam react to form a product.
  • Combustion of the recovered fuel gas (H2, methane, ethane, etc.) can be used to generate energy for preheating. Additional natural gas for preheating can also be obtained externally if required. It may be possible to only partially carry out the heat integration.
  • the electrically heatable reactor can have at least one device which is set up to receive the preheated raw material.
  • the electrically heatable reactor can have at least one reaction tube, also referred to as a pipeline, in which the chemical reaction can take place.
  • the reaction tube can comprise at least one pipeline and/or at least one pipeline segment for receiving the fluid.
  • pipeline and pipeline segment are used as synonyms in the following.
  • the reaction tube can also be set up to transport the fluid preheated by the preheater through the electrically heatable reactor. geometry and/or surface Surfaces and/or material of the reaction tube can depend on a fluid to be transported.
  • the electrically heatable reactor can have a plurality of pipelines.
  • the electrically heatable reactor can have I pipelines, where I is a natural number greater than or equal to two.
  • the electrically heatable reactor can have at least two, three, four, five or even more pipelines.
  • the electrically heatable reactor can have, for example, up to a hundred pipelines.
  • the pipelines can be configured identically or differently.
  • the tubing may include symmetric and/or asymmetric tubes and/or combinations thereof.
  • the electrically heatable reactor can have pipes of an identical pipe type.
  • “Asymmetrical tubes” and “combinations of symmetrical and asymmetrical tubes” can be understood to mean that the electrically heatable reactor can have any combination of tube types, which, for example, can also be connected in any parallel or in series.
  • a "pipe type” can be understood as a category or type of pipe characterized by certain characteristics.
  • the pipe type can be characterized by at least one feature selected from the group consisting of: a horizontal configuration of the pipe; a vertical configuration of the pipeline; a length at the entrance (11) and/or exit (I2) and/or transition (I3); a diameter at the inlet (d1) and outlet (d2) and/or transition (d3); number n of passes; length per pass; diameter per pass; Geometry; Surface; and material.
  • the electrically heatable reactor can have a combination of at least two different tube types which are connected in parallel and/or in series.
  • the electrically heatable reactor can have pipelines of different lengths in the inlet (11) and/or outlet (I2) and/or transition (I3).
  • the electrically heatable reactor can have pipelines with asymmetric diameters at the inlet (d1) and/or outlet (d2) and/or transition (d3).
  • the electrically heatable reactor can have pipelines with a different number of passes.
  • the electrically heatable reactor can have pipelines with passes with different lengths per pass and/or different diameters per pass. In principle, any combination of all pipe types in parallel and/or in series is conceivable.
  • the electrically heatable reactor can have a plurality of inlets and/or outlets and/or production streams.
  • the pipes of different or identical pipe type can be arranged in parallel and/or in series with several inlets and/or outlets.
  • Pipes can be available in different pipe types in the form of a modular system and can be selected and combined as desired depending on the intended use. By using pipelines of different pipe types, a more precise temperature control and/or an adjustment of the reaction in the case of a fluctuating feed and/or a selective yield of the reaction and/or an optimized process technology can be made possible.
  • the pipelines can have identical or different geometries and/or surfaces and/or materials.
  • the pipelines can be interconnected and thus form a pipe system for receiving the fluid.
  • a “pipe system” can be understood to mean a device made up of at least two pipelines, in particular ones that are connected to one another.
  • the pipe system can have incoming and outgoing pipelines.
  • the pipe system can have at least one inlet for receiving the fluid.
  • the pipe system can have at least one outlet for dispensing the fluid.
  • Connected through can be understood to mean that the pipelines are in fluid communication with one another.
  • the pipelines can be arranged and connected in such a way that the fluid flows through the pipelines one after the other.
  • the pipelines can be connected in parallel to one another in such a way that the fluid can flow through at least two pipelines in parallel.
  • the pipelines, in particular the pipelines connected in parallel can be set up in such a way that different fluids can be transported in parallel.
  • the pipelines connected in parallel can have different geometries and/or surfaces and/or materials from one another.
  • several or all of the pipelines can be configured in parallel, so that the fluid can be divided between those pipelines configured in parallel.
  • Combinations of a serial and parallel circuit are also conceivable.
  • the reaction tube can comprise at least one electrically conductive pipeline for receiving the fluid.
  • An “electrically conductive pipeline” can be understood to mean that the pipeline, in particular the material of the pipeline, is set up to conduct electricity.
  • configurations as electrically non-conductive pipelines or poorly conductive pipelines are also conceivable.
  • the pipelines and the corresponding incoming and outgoing pipelines can be connected to one another in a fluid-conducting manner. If electrically conductive pipelines are used, the incoming and outgoing pipelines can be electrically isolated from one another. “Electrically isolated from one another” can be understood to mean that the pipelines and the incoming and outgoing pipelines are separated from one another in such a way that there is no electrical conduction and/or a tolerable electrical conduction between the pipelines and the incoming and outgoing pipelines.
  • the electrically heatable reactor can have at least one insulator, in particular a plurality of insulators. The galvanic isolation between the respective pipelines and the incoming and outgoing pipelines can be guaranteed by the insulators. The isolators can ensure free flow of the fluid.
  • the electrically heatable reactor can be electrically heatable by using a multi-phase alternating current and/or a 1-phase alternating current and/or a direct current and/or radiation.
  • the electrically heatable reactor can have at least one alternating current and/or at least one alternating voltage source.
  • the alternating current and/or an alternating voltage source can be single-phase or multi-phase.
  • an “AC power source” one can Power source are understood, which is set up to provide an alternating current.
  • An “alternating current” can be understood as an electric current whose polarity changes at regular intervals over time.
  • the alternating current can be a sinusoidal alternating current.
  • a “single-phase” AC power source can be understood to mean an AC power source that provides a single-phase electrical current.
  • a "multi-phase” AC power source can be understood to mean an AC power source that provides an electrical current with more than one phase.
  • An “AC voltage source” can be understood to mean a voltage source that is set up to provide an AC voltage.
  • An "AC voltage” can be understood as a voltage whose magnitude and polarity are repeated regularly over time.
  • the AC voltage can be a sinusoidal AC voltage.
  • the voltage generated by the AC voltage source causes a current to flow, in particular an alternating current to flow.
  • a "single-phase” AC voltage source can be understood to mean an AC voltage source which provides the alternating current with a single phase.
  • a “multi-phase” AC voltage source can be understood to mean an AC voltage source that provides the AC current with more than one phase.
  • the electrically heatable reactor can have a plurality of single-phase or multi-phase AC or AC voltage sources.
  • Each of the pipelines can be assigned an alternating current and/or alternating voltage source, which is connected to the respective pipeline, in particular electrically via at least one electrical connection.
  • at least two pipelines share an alternating current and/or alternating voltage source.
  • the electrically heatable reactor can have 2 to N outgoing conductors and 2 to N outgoing conductors, where N is a natural number greater than or equal to three.
  • the respective alternating current and/or alternating voltage source can be set up to generate an electric current in the respective pipeline.
  • the AC and/or AC voltage sources can be either regulated or unregulated.
  • the alternating current and/or alternating voltage sources can be designed with or without the possibility of regulating at least one electrical output variable.
  • An “output variable” can be understood to mean a current and/or a voltage value and/or a current and/or a voltage signal.
  • the electrically heatable reactor can have 2 to M different alternating current and/or alternating voltage sources, where M is a natural number greater than or equal to three.
  • the alternating current and/or alternating voltage sources can be electrically controlled independently of one another. For example, a different current can be generated in the respective pipelines and different temperatures can be achieved in the pipelines.
  • the electrically heatable reactor can be designed as described in WO 2015/197181 A1, the content of which is incorporated into the description by reference, and have at least one electrically conductive pipe for receiving the fluid and at least one voltage source connected to the at least one pipe.
  • the least a voltage source is designed to generate an alternating electrical current in the at least one pipeline, which heats the at least one pipeline to heat the fluid.
  • the electrically heatable reactor can be configured as described in WO 2020/035574 A1, the content of which is incorporated into the description by reference, and include at least one electrically conductive pipeline for receiving the fluid, at least one electrically conductive coil and at least one AC voltage source which is connected to the coil and is set up to apply an alternating voltage to the coil.
  • the coil can be set up to generate at least one electromagnetic field through the application of the AC voltage.
  • the tubing and coil may be arranged such that the coil's electromagnetic field induces an electrical current in the tubing which heats the tubing by Joule heat generated when the electrical current passes through conductive tubing material to heat the fluid.
  • the reaction tube can be designed, for example, as described in EP 20 157 516.4, filed on February 14, 2020, the content of which is incorporated into the description by reference.
  • the reaction tube can comprise at least one electrically conductive pipeline for receiving the fluid.
  • the electrically heatable reactor can have at least one single-phase AC voltage source and/or at least one single-phase AC voltage source.
  • Each pipeline can be assigned a single-phase alternating current and/or a single-phase alternating voltage source, which is connected to the respective pipeline.
  • the respective single-phase AC and/or single-phase AC voltage source can be designed to generate an electric current in the respective pipeline, which heats the respective pipeline by Joule heat, which arises when the electric current passes through conductive pipe material, to heat the fluid.
  • the single-phase alternating current and/or the single-phase alternating voltage source can be electrically connected to the pipeline in such a way that the alternating current generated flows into the pipeline via a forward conductor and flows back to the alternating current and/or alternating voltage source via a return conductor.
  • the fluid can flow through the pipeline and be heated in it by the pipeline being heated by an alternating current impressed into this pipeline from the alternating current and/or alternating voltage sources, so that Joule heat is generated in the pipeline and is transferred to the fluid, so that it is heated as it flows through the pipeline.
  • a “supply conductor” can be understood as meaning any electrical conductor, in particular a supply conductor, with the word part “toward” indicating a direction of flow from the AC power source or AC voltage source to that of the pipeline.
  • a “return conductor” can be understood to mean any electrical conductor that is set up to conduct the alternating current away from the pipeline after it has flowed through, in particular to the alternating current source or alternating voltage source.
  • the word part "back” here indicates a flow direction from the pipeline to the AC power source or AC voltage source.
  • the electrically heatable reactor can have at least one direct current and/or at least one direct voltage source.
  • a “direct current source” can be understood to mean a device which is set up to provide direct current.
  • a “DC voltage source” can be understood to mean a device that is set up to provide a DC voltage.
  • the direct current source and/or the direct voltage source are set up to generate a direct current in the respective pipeline.
  • Direct current can be understood to mean an electrical current that is essentially constant in magnitude and direction.
  • direct voltage can be understood to mean a substantially constant electrical voltage.
  • Essentially constant can be understood to mean a current or a voltage whose fluctuations are insignificant for the intended effect.
  • the electrically heatable reactor can have a plurality of direct current and/or direct voltage sources.
  • Each pipeline can be assigned a direct current and/or direct voltage source, which is connected to the respective pipeline, in particular electrically via at least one electrical connection.
  • the electrically heatable reactor 122 can have 2 to N positive poles and/or conductors and 2 to N negative poles and/or conductors, where N is a natural number greater than or equal to three .
  • the respective direct current and/or direct voltage sources can be set up to generate an electric current in the respective pipeline. The current generated can heat the respective pipe by Joule heat generated when the electric current passes through conductive pipe material to heat the fluid.
  • the electrically heatable reactor can be configured as described in WO 2020/035575 A1, the content of which is incorporated into the description by reference, and at least one electrically conductive pipeline and/or at least one electrically conductive pipeline segment for receiving the fluid, and at least one direct current and/or have a DC voltage source.
  • the respective direct current and/or direct voltage source can be designed to generate an electric current in the respective pipeline and/or in the respective pipeline segment, which causes the respective pipeline and/or the respective pipeline segment to be damaged by Joule heat generated when the electric current passes through generated by conductive tubing, to heat the fluid.
  • the electrically heatable reactor can be electrically heatable by using radiation, in particular by using induction, infrared radiation and/or microwave radiation.
  • the electrically heatable reactor can be heatable by using at least one current-conducting medium.
  • the current or voltage source, alternating current, alternating voltage or direct current, direct voltage can be set up to generate an electric current in the current-carrying medium, which causes the electrically heatable reactor to be heated by Joule heat, which occurs when the electric current passes through the current-carrying medium arises, heated.
  • the electrically conductive medium and the electrically heatable reactor can be arranged relative to one another in such a way that the electrically conductive medium at least partially surrounds the electrically heatable reactor and/or that the electrically heatable reactor at least partially surrounds the conductive medium.
  • the current-carrying medium can have a solid, liquid and/or gaseous state of aggregation selected from the group consisting of solid, liquid and gaseous and mixtures, for example emulsions and suspensions.
  • the current-conducting medium can be, for example, a current-conducting granulate or a current-conducting fluid.
  • the current-conducting medium can have at least one material selected from the group consisting of: carbon, carbides, silicides, electrically conductive oils, molten salts, inorganic salts and solid-liquid mixtures.
  • the current-conducting medium can have a specific resistance p of 0.1 ⁇ mm 2 /m ⁇ p ⁇ 1000 ⁇ mm 2 /m, preferably of 10 ⁇ mm 2 /m ⁇ p ⁇ 1000 ⁇ mm 2 /m.
  • the electrically heatable reactor can be set up to heat the raw material to a temperature of 200°C to 1700°C.
  • the reactor can be set up to further heat the preheated fluid by heating it up to a specified or predetermined temperature value.
  • the temperature range may depend on an application.
  • the fluid can be heated to a temperature in the range from 200°C to 1700°C, preferably from 300°C to 1400°C, more preferably from 400°C to 875°C.
  • the electrically heatable reactor can be part of a steam cracker.
  • Steam cracking can be understood as a process in which longer-chain hydrocarbons, for example naphtha, propane, butane and ethane as well as gas oil and hydrowax, bio-oil, biodiesel, liquid from renewable raw materials, pyrolysis oil, waste oil, are converted into short-chain hydrocarbons by thermal cracking in the presence of steam hydrocarbons are converted.
  • ethylene, propylene, butenes and/or butadiene and benzene can be produced as reaction products.
  • Methane, ethane, propane and/or hydrogen for example, can be produced as by-products.
  • the electrically heatable reactor may be adapted for use in a steam cracker to heat the preheated fluid to a temperature in the range of 550°C to 1700°C.
  • the electrically heatable reactor can be part of a reformer furnace, in particular for steam reforming.
  • Steam reforming can be understood as a process for the production of hydrogen and carbon oxides from water and carbonaceous energy carriers, in particular hydrocarbons such as natural gas, light petroleum, methanol, biogas or biomass.
  • the fluid can be heated to a temperature in the range of 200°C to 875°C, preferably 400°C to 700°C.
  • Bio-oil, bio-diesel, renewable raw materials, pyrolysis oil, waste oil can be used as raw materials, also referred to as starting materials.
  • H2 and CO can be formed as the main product as by-products such as methane, ethane or propane.
  • the electrically heatable reactor can be part of a device for dehydrogenation.
  • a “dehydrogenation” can be understood to mean a process for the production of alkenes by dehydrogenation of alkanes, for example dehydrogenation of butane to butenes (BDH) or dehydrogenation of propane to propene (PDH).
  • the dehydration device can be set up to heat the fluid to a temperature in the range from 400°C to 700°C.
  • Ethylbenzene can be used as the raw material.
  • Styrene and acetylene can form as main products at 1700 °C.
  • the system can have at least one connection on the atmosphere side, which is set up to enable an exchange of atmosphere, in particular of the reaction space atmosphere, from the reaction space of the reactor into the preheater.
  • atmosphere in particular of the reaction space atmosphere
  • a reaction chamber atmosphere can be discharged with the flue gas flow of the preheater.
  • the plant can have at least one safety device, which is set up to allow the raw material to flow back from the electrically heatable reactor to the preheater.
  • a “safety device” can be understood to mean a device which enables the electrically heatable reactor to be evacuated in the event of a malfunction.
  • the system can have at least one aeration device.
  • a “ventilation device” can be understood to mean a device which is set up to cool any element of the system.
  • the ventilation device can be set up to cool a power supply for heating the electrically heatable reactor.
  • the ventilation device can be set up to ensure an operating temperature, in particular a temperature range, of the power supply. This can prevent the power supply from overheating.
  • the ventilation device can be set up to cool the power supply by means of air, in particular ambient air.
  • the ambient air can be heated during and/or by the cooling process.
  • the ventilation device can be set up to feed the ambient air, in particular the ambient air heated by the current cooling, to the preheater.
  • the heated ambient air can be used directly in the preheater without the need for additional heating of the ambient air.
  • the system can have at least one heat exchanger, also referred to as a heat exchanger, which is set up to terminate ongoing chemical reactions of reaction products and/or by-products.
  • the heat exchanger is arranged in the transport direction of the fluid behind the electrically heatable reactor in the plant.
  • the heat exchanger can be set up to cool the hot cracked gas generated by the electrically heatable reactor, in particular to a temperature of 350 to 400.degree.
  • the heat exchanger can have a heat cooler, in particular a high-pressure feedwater cooler.
  • the plant can have at least one separation section which is set up to separate reaction products and by-products.
  • a “separation section” can be understood to mean a device which is set up to separate substances contained in the cracked gas from one another. Separating may include purification.
  • the separation section can be set up to carry out at least one separation step, for example at least one distillation, in particular a rectification.
  • the separation section can also have an absorption and/or extraction and a compressor which is set up to compress the cracked gas.
  • the compressor can be arranged in front of the separating elements with regard to an arrangement in the process.
  • the separation section can be set up to purify the cleavage product by means of various process engineering separation steps.
  • the separation steps may include one or more of distillation, extraction, rectification, adsorption, absorption, compression, hydrogenation, and phase separation.
  • the separating elements for carrying out the separating steps can be arranged in the process after the splitting and compression. Such separation steps and processes are known to those skilled in the art.
  • the separating section can be set up in such a way that the main products to be produced are present in pure form after passing through the separating section.
  • the plant may further include at least one steam system.
  • the steam system can have at least one steam separator, also referred to as a steam drum.
  • the steam system can be set up to preheat boiler feed water in the economizer and feed it to the steam drum.
  • the steam system can have at least one connection between the steam drum and the heat exchanger in such a way that boiler feed water can be fed from the steam drum into the heat exchanger.
  • the heat exchanger can be set up to return the boiler feed water and saturated steam to the steam drum.
  • the steam system can also have at least one connection between the steam drum and the preheater in such a way that saturated steam can be routed from the steam drum into the preheater.
  • the preheater can be set up to overheat the saturated steam at least for a short time.
  • the resulting superheated high-pressure steam can be routed out of the preheater and used to drive turbines, for example to generate electricity.
  • the system includes the at least one thermal integration device.
  • a “heat integration device” can be understood to mean a device which is set up to use generated by-products to generate heat for the production of reaction products, in particular to reuse or further use them. Fractions of the cracked gas which are not desired as a reaction product, in particular methane and hydrogen, ethane and propane, can be returned to the preheater. In particular, excess quantities of the methane fraction produced by the electrically heatable reactor can be returned to the preheater.
  • the heat integration device is set up to at least partially feed the by-products to the preheater to lead.
  • the heat integration device can have at least one line which is set up to at least partially conduct and/or transport the by-products from the electrically heatable reactor, in particular from the separation section, to the preheater.
  • “at least partially” can be understood to mean that embodiments are conceivable in which the by-products produced are fed completely to the preheater, and that embodiments are conceivable in which a portion of the by-products produced is fed to the preheater.
  • the preheater is set up to at least partially use energy required for preheating the raw material from the by-products.
  • the preheater can be set up to at least partially use energy from the by-products required for heating the raw material and the process steam.
  • the recycled by-products can be burned in the preheater and at least partially cover an energy requirement of the process in the preheater. Excess amounts of the methane fraction from the cracked gas can be used to fire the preheater and superheat.
  • "generate at least partially" can be understood to mean that the energy is generated entirely from the by-products and/or embodiments are conceivable in which the preheater additional gases are fed for combustion, for example from another plant, a conventional one Reactor based on incinerators and/or another electrically heatable reactor.
  • By-products that are not supplied can be discharged, for example for the production of further products or as a semi-finished product, for example into a further plant or a further area of the plant.
  • By-products can be ethane and/or propane.
  • the plant can have at least one raw material integration device, which is set up to feed raw material that has not been converted by the electrically heatable reactor to the preheater.
  • a “raw material integration device” can be understood to mean a device which is set up to use, in particular to reuse or further use, unreacted raw material as raw material for the production of reaction products.
  • the raw material integration device can have at least one line which is set up to at least partially conduct and/or transport the unreacted raw material from the electrically heatable reactor, in particular from the separating section, to the preheater.
  • the electrically heatable reactor can be fully integrated into existing plants, such as conventional steam crackers, although the electrically heatable reactor does not have a convection zone. Complete integration is possible in particular by using excess quantities of methane fraction and the existing separation part. In this way, conventional technology can be used in known dimensions outside the reactor space.
  • the plant can have a plurality of electrically heatable reactors.
  • the plant can additionally have at least one reactor with an integrated convection zone.
  • Under a reactor with integrated Convection zone can be understood as meaning a reactor which is set up to generate the energy required for heating the fluid from the combustion of fuel gas, in particular natural gas, methane, H2.
  • the integrated convection zone of the reactor can be defined by the radiation zone.
  • Upscaling of the electrically heatable reactor may be possible, analogous to existing furnaces based on gas combustion. Increasing a diameter and/or a length of the electrically heatable reactor can make it possible to produce larger amounts of reaction products.
  • a method for heat integration in the production of reaction products using a plant according to the invention is proposed within the scope of the present invention.
  • the method steps can be carried out in the order given, with one or more of the steps being able to be carried out at least partially simultaneously and with one or more of the steps being able to be repeated several times.
  • other steps may be performed additionally, whether or not they are mentioned in the present specification.
  • the procedure includes the following steps:
  • the system according to the invention and the method according to the invention have numerous advantages over known devices and methods.
  • the plant according to the invention and the method according to the invention allow the integration of electrically heatable reactors, in particular heat integration, into chemical production plants.
  • the energy required for preheating can be covered by by-products that are also produced in the production of reaction products.
  • a further supply of fuel for preheating and for the cracking process can be avoided by using an electrically heatable reactor. Electricity for operating the electrically heatable reactor can be used from renewable energies and/or generated by the proposed steam system itself.
  • the system according to the invention enables a based on incinerators improved energy balance and reduced emissions such as
  • Embodiment 1 Plant for the production of reaction products, the plant having at least one preheater, the plant having at least one raw material feed which is set up to feed at least one raw material to the preheater, the preheater being set up to heat the raw material to a predetermined temperature to preheat, the plant having at least one electrically heatable reactor, the electrically heatable reactor being set up to at least partially convert the preheated raw material into reaction products and by-products, the plant having at least one heat integration device which is set up to at least partially convert the by-products to the preheater supply, wherein the preheater is set up to use energy required for preheating the raw material at least partially from the by-products.
  • Embodiment 2 Plant according to the preceding embodiment, characterized in that the plant has at least one raw material integration device which is set up to feed raw material that has not been converted by the electrically heatable reactor to the preheater.
  • Embodiment 3 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the plant has at least one ventilation device, the ventilation device being set up to supply ambient air to the preheater, the ventilation device being further set up to cool a power supply for heating the electrically heatable reactor .
  • Embodiment 4 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the electrically heatable reactor can be heated by electricity.
  • Embodiment 5 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the electrically heatable reactor can be electrically heated by using a multi-phase alternating current and/or a 1-phase alternating current and/or a direct current and/or radiation and/or induction.
  • Embodiment 6 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the electrically heatable reactor is set up to heat the raw material to a temperature in the range from 200°C to 1700°C, preferably to a temperature in the range from 300°C to 1400°C, particularly preferably to a temperature in the range from 400°C to 875°C.
  • Embodiment 7 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the plant has at least one heat exchanger which is set up to end ongoing chemical reactions of reaction products and/or by-products.
  • Embodiment 8 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the plant has at least one separation section which is set up to separate reaction products and by-products.
  • Embodiment 9 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the plant has at least one connection on the atmosphere side, which is set up to enable an exchange of atmosphere from the electrically heatable reactor to the preheater.
  • Embodiment 10 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the plant has at least one safety device which is set up to allow the raw material to flow back from the electrically heatable reactor to the preheater.
  • Embodiment 11 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the plant has at least one process steam supply, which is set up to supply at least one process steam to the preheater, wherein the electrically heatable reactor is set up to convert the raw material in the presence of the process steam into implement a cracked gas, the preheater being set up to use energy required for heating the raw material and the process steam at least partially from the by-products.
  • Embodiment 12 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the raw material comprises at least one element selected from the group consisting of: methane, ethane, propane, butane, naphtha, ethylbenzene, gas oil, condensates, bio-liquids, bio-gases, pyrolysis oils, waste oils and liquids from renewable raw materials.
  • the raw material comprises at least one element selected from the group consisting of: methane, ethane, propane, butane, naphtha, ethylbenzene, gas oil, condensates, bio-liquids, bio-gases, pyrolysis oils, waste oils and liquids from renewable raw materials.
  • Embodiment 13 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the reaction product has at least one element selected from the group consisting of: acetylene, ethylene, propylene, butene, butadiene, benzene, styrene, synthesis gas.
  • Embodiment 14 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the by-product has at least one element selected from the group consisting of: hydrogen, methane, ethane, propane
  • Embodiment 15 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the plant is selected from the group consisting of: a plant for Carrying out at least one endothermic reaction, a heating plant, a preheating plant, a steam cracker, a steam reformer, an alkane dehydrogenation device, a reformer, a dry reforming device, a styrene production device, an ethylbenzene dehydrogenation device, a cracking device of ureas, isocyanates, melamine, a cracker, a catalytic cracker, a device for dehydration.
  • a plant for Carrying out at least one endothermic reaction a heating plant, a preheating plant, a steam cracker, a steam reformer, an alkane dehydrogenation device, a reformer, a dry reforming device, a styrene production device, an ethylbenzene dehydrogenation device, a cracking device of
  • Embodiment 16 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the plant has a plurality of electrically heatable reactors.
  • Embodiment 17 Plant according to one of the preceding embodiments, characterized in that the plant additionally has at least one reactor with an integrated convection zone.
  • Embodiment 18 Method for heat integration in a production of reaction products using a plant according to one of the preceding embodiments relating to a plant, the method comprising the following steps:
  • FIGS. 1 to 4 show schematic representations of exemplary embodiments of a system according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of the plant according to the invention in the form of a steam cracker.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a plant 110 according to the invention for the production of reaction products, which are represented schematically by arrow 112 in FIG.
  • the facility 110 may be a chemical production facility.
  • the system 110 can be selected from the group consisting of: a system for carrying out at least one endothermic reaction, a heating system, a preheating system, a steam cracker, a steam reformer, a device for alkane dehydrogenation, a reformer, a device for dry reforming, a styrene production device, an ethylbenzene dehydrogenation device, a device for cracking ureas, isocyanates, melamine, a cracker, a catalytic cracker, a dehydrogenation device.
  • the system 110 can be set up to carry out at least one process selected from the group consisting of: at least one endothermic reaction, preheating, steam cracking, steam reforming, dehydrogenation, reforming, dry reforming, styrene production, ethylbenzene dehydrogenation, splitting of ureas, isocyanates, melamine, cracking, catalytic cracking, dehydration.
  • at least one endothermic reaction preheating, steam cracking, steam reforming, dehydrogenation, reforming, dry reforming, styrene production, ethylbenzene dehydrogenation, splitting of ureas, isocyanates, melamine, cracking, catalytic cracking, dehydration.
  • the system 110 has at least one preheater 114 .
  • the preheater 114 is configured to preheat the raw material to a predetermined temperature.
  • the raw material can have a first temperature when it is fed in.
  • the first temperature can be 100°C.
  • the preheater 114 may be configured to heat the raw material to a second temperature, the second temperature being higher than the first temperature.
  • the predetermined temperature may be 500 to 750°C, for example.
  • the predetermined temperature may depend on the raw material, the intended chemical reaction and/or the reaction products to be produced.
  • the preheater 114 can have at least one burner 116, which is shown in FIG.
  • the preheater 114 can be set up to generate an energy requirement for preheating the raw material by burning gases, for example methane. By-products that also occur and are recycled during the production of the reaction products can be burned in the preheater 114 and at least partially provide the energy required for heating in the preheater 114 .
  • the raw material can in particular be an educt with which the chemical reaction is to be carried out.
  • the raw material can be a liquid or a gaseous raw material.
  • the raw material can have at least one element selected from the group consisting of: methane, ethane, propane, butane, naphtha, ethylbenzene, gas oil, condensates, building liquid, pyrolysis oils, waste oils and liquids from renewable raw materials.
  • the system 110 has at least one raw material feed 118, which is shown schematically as an arrow in FIG.
  • the raw material feed 118 is set up to at least one Feed raw material to the preheater 114.
  • the raw material feed 118 can have at least one pipeline or pipeline system.
  • the system 110 can have at least one process steam feed 120 which is set up to feed at least one process steam to the preheater 114 .
  • the process steam feed 120 is also shown as an arrow in FIG.
  • the process steam can in particular be steam, in the presence of which the raw material can be converted into reaction products and by-products.
  • the process steam can be a hot process steam, for example with a temperature of 180 to 200°C.
  • the process steam feed 120 can be set up to provide the process steam to the preheater 114 .
  • the process steam feed 120 can have at least one pipeline or a pipeline system.
  • the system 110 has the at least one electrically heatable reactor 122 .
  • the electrically heatable reactor 122 is set up to at least partially convert the preheated raw material into reaction products and by-products.
  • the electrically heatable reactor 122 can be set up to convert the raw material into a cracked gas in the presence of the process steam.
  • the system 10 can have at least one supply line 124, see for example FIGS. 4 and 5, which is set up to supply a fluid that has been preheated, in particular superheated, by the preheater 114 to the electrically heatable reactor 122.
  • the raw material preheated by the preheater 114 and/or the preheated mixture of raw material and process steam can be fed to the electrically heatable reactor 122 via the feed line 124 .
  • the fluid can be a gaseous and/or liquid medium.
  • the fluid can be a mixture of raw material and process steam superheated by the preheater 114 .
  • the fluid can be a hydrocarbon to be thermally split, in particular a mixture of hydrocarbons to be thermally split.
  • the fluid can be water or steam and additionally have a hydrocarbon to be thermally cracked, in particular a mixture of hydrocarbons to be thermally cracked.
  • the fluid can be, for example, a preheated mixture of hydrocarbons to be thermally split and steam.
  • the plant 110 can be set up to run at least one chemical reaction in which main products and by-products are produced.
  • the reaction product may contain at least one element selected from the group consisting of: acetylene, ethylene, propylene, butene, butadiene, benzene, styrene, synthesis gas.
  • the by-product can be another product of the chemical reaction, which occurs in addition to the reaction products.
  • the by-product can have at least one element selected from the group consisting of: hydrogen, methane, ethane, propane.
  • the electrically heatable reactor 122 can be set up so that at least one chemical process can take place in it and/or at least one chemical reaction can be carried out can be.
  • the electrically heatable reactor 122 can be an electrically operated reactor.
  • the electrically heatable reactor 122 can be set up to heat a fluid located in the reactor by means of an electric current.
  • the electrically heatable reactor 122 can be heatable by electricity.
  • the application of current is shown by arrow 130 in FIG.
  • power from any power source can be used to heat the reactor 122 .
  • electricity from renewable energies can be used, which further increases the climate compatibility of the system 110 .
  • the electrically heatable reactor 122 can have at least one device which is set up to receive the preheated raw material.
  • the electrically heatable reactor 122 can have at least one reaction tube 126, see FIG. 5, also referred to as a pipeline, in which the chemical reaction can take place.
  • the reaction tube 126 can comprise at least one pipeline 128 and/or at least one pipeline segment for receiving the fluid.
  • the reaction tube 126 can also be set up to transport the fluid preheated by the preheater 114 through the electrically heatable reactor 122 .
  • the geometry and/or surfaces and/or material of the reaction tube 126 can depend on a fluid to be transported.
  • the electrically heatable reactor 122 can have a plurality of pipelines 128 .
  • the electrically heatable reactor 122 can have L pipelines 128, where L is a natural number greater than or equal to two.
  • the electrically heatable reactor 122 can have at least two, three, four, five or even more pipelines 128 .
  • the electrically heatable reactor 122 can have up to a hundred pipelines 128, for example.
  • the pipes 128 can be configured identically or differently.
  • the tubing 128 may include balanced and/or unbalanced tubing and/or combinations thereof.
  • the electrically heatable reactor 122 can have pipes 128 of an identical pipe type.
  • the pipe type can be characterized by at least one feature selected from the group consisting of: a horizontal configuration of the pipe 128; a vertical configuration of the pipe 128; a length at the entrance (11) and/or exit (I2) and/or transition (I3); a diameter at the inlet (d1) and outlet (d2) and/or transition (d3); number n of passes; length per pass; diameter per pass; Geometry; Surface; and material.
  • the electrically heatable reactor 122 can have a combination of at least two different tube types which are connected in parallel and/or in series.
  • the electrically heatable reactor 122 can have pipelines 128 of different lengths in the inlet (11) and/or outlet (I2) and/or transition (I3).
  • the electrically heatable reactor can have pipelines with asymmetric diameters at the inlet (d1) and/or outlet (d2) and/or transition (d3).
  • the electrically heatable reactor pipes 128 having a different number of passes.
  • the electrically heatable reactor 122 can have pipes 128 with passes with different lengths per pass and/or different diameters per pass. In principle, any combination of all pipe types in parallel and/or in series is conceivable.
  • the electrically heatable reactor 122 can have a plurality of inlets and/or outlets and/or production streams.
  • the pipes 128 of different or identical pipe type can be arranged in parallel and/or in series with multiple inlets and/or outlets.
  • Pipelines 128 can be present in various types of pipes in the form of a modular system and can be selected and combined as desired depending on a purpose. By using pipelines 128 of different tube types, a more precise temperature control and/or an adaptation of the reaction in the case of a fluctuating feed and/or a selective yield of the reaction and/or an optimized process technology can be made possible.
  • the conduits 128 may have identical or different geometries and/or surfaces and/or materials.
  • the pipes 128 can be connected through and thus form a pipe system for receiving the fluid.
  • the pipe system can have incoming and outgoing pipelines.
  • the pipe system can have at least one inlet for receiving the fluid.
  • the pipe system can have at least one outlet for dispensing the fluid.
  • the pipes 128 can be arranged and connected such that the fluid flows through the pipes 128 sequentially.
  • the pipelines 128 can be connected in parallel to one another in such a way that the fluid can flow through at least two pipelines 128 in parallel.
  • the pipelines 128, in particular the pipelines 128 connected in parallel can be set up in such a way that different fluids can be transported in parallel.
  • the pipelines 128 connected in parallel can have different geometries and/or surfaces and/or materials from one another.
  • several or all of the pipelines 128 can be configured in parallel, so that the fluid can be divided between those pipelines 128 configured in parallel.
  • Combinations of a serial and parallel circuit are also conceivable.
  • the reaction tube 126 can include at least one electrically conductive pipeline 128 for receiving the fluid.
  • electrically non-conductive pipelines 128 or poorly conductive pipelines 128 are also conceivable.
  • the pipelines 128 and corresponding incoming and outgoing pipelines 128 can be connected to one another in a fluid-conducting manner. If electrically conductive pipes 28 are used, the incoming and outgoing pipes 128 can be electrically isolated from one another.
  • the electrically heatable reactor 122 can have at least one insulator, not shown in the figures, in particular a plurality of insulators. The galvanic isolation between the respective pipelines 128 and the incoming and outgoing pipelines 128 can be guaranteed by the insulators. The isolators can ensure free flow of the fluid.
  • the electrically heatable reactor 122 can be electrically heatable by using a multi-phase alternating current and/or a 1-phase alternating current and/or a direct current and/or radiation.
  • the electrically heatable reactor 122 can have at least one alternating current and/or at least one alternating voltage source.
  • the alternating current and/or an alternating voltage source can be single-phase or multi-phase.
  • the alternating current can be a sinusoidal alternating current.
  • the AC voltage can be a sinusoidal AC voltage.
  • the voltage generated by the AC voltage source causes a current to flow, in particular an alternating current to flow.
  • the electrically heatable reactor 122 can have a plurality of single-phase or multi-phase AC or AC voltage sources.
  • Each of the pipelines 128 can be assigned an alternating current and/or alternating voltage source, which is connected to the respective pipeline 128, in particular electrically via at least one electrical connection.
  • Embodiments are also conceivable in which at least two pipelines 128 share an alternating current and/or alternating voltage source.
  • the electrically heatable reactor 122 can have 2 to N outgoing conductors and 2 to N outgoing conductors, where N is a natural number greater than or equal to three.
  • the respective alternating current and/or alternating voltage source can be set up to generate an electric current in the respective pipeline 128 .
  • the AC and/or AC voltage sources can be either regulated or unregulated.
  • the alternating current and/or alternating voltage sources can be designed with or without the possibility of regulating at least one electrical output variable.
  • the electrically heatable reactor 122 can have 2 to M different alternating current and/or alternating voltage sources, where M is a natural number greater than or equal to three.
  • the alternating current and/or alternating voltage sources can be electrically controlled independently of one another. For example, a different flow can be generated in the respective pipelines 128 and different temperatures can be achieved in the pipelines 128 .
  • the electrically heatable reactor 122 can be designed as described in WO 2015/197181 A1, WO 2020/035574 A1 or as described in EP 20 157 516.4, filed on February 14, 2020, the content of which is incorporated into the description by reference.
  • the electrically heatable reactor 122 can have at least one direct current and/or at least one direct voltage source.
  • the direct current source and/or the direct voltage source are set up to generate a direct current in the respective pipeline 128 .
  • the electrically heatable reactor 122 can have a plurality of direct current and/or direct voltage sources.
  • Each pipeline 128 can be assigned a direct current and/or direct voltage source, which is connected to the respective pipeline 128, in particular electrically via at least one electrical connection.
  • the electrically heatable reactor 1222 can have up to N positive poles and/or conductors and 2 to N negative poles and/or conductors, where N is a natural number greater than or equal to three.
  • the respective direct current and/or direct voltage source can be set up to generate an electric current in the respective pipeline 128 .
  • the current generated can heat the respective tubing 128 by Joule heat generated when the electrical current is passed through conductive tubing material to heat the fluid.
  • the electrically heatable reactor 122 can be designed as described in WO 2020/035575 A1, the content of which is incorporated into the description by reference.
  • the electrically heatable reactor 122 can be electrically heatable by using radiation, in particular by using induction, infrared radiation and/or microwave radiation.
  • the electrically heatable reactor 122 can be heatable by using at least one current-conducting medium.
  • the power or voltage source, alternating current, alternating voltage or direct current, direct voltage can be set up to generate an electric current in the current-conducting medium, which heats up the electrically heatable reactor 122 by Joule heat, which arises when the electric current passes through the current-conducting medium .
  • the electrically conductive medium and the electrically heatable reactor 122 can be arranged relative to one another in such a way that the electrically conductive medium at least partially surrounds the electrically heatable reactor 122 and/or that the electrically heatable reactor 122 at least partially encloses the electrically conductive medium.
  • the current-carrying medium can have a solid, liquid and/or gaseous state of aggregation selected from the group consisting of solid, liquid and gaseous and mixtures, for example emulsions and suspensions.
  • the current-conducting medium can be, for example, a current-conducting granulate or a current-conducting fluid.
  • the current-conducting medium can have at least one material selected from the group consisting of: carbon, carbides, silicides, electrically conductive oils, molten salts, inorganic salts and solid-liquid mixtures.
  • the current-conducting medium can have a specific resistance p of 0.1 ⁇ mm 2 /m ⁇ p ⁇ 1000 ⁇ mm 2 /m, preferably of 10 ⁇ mm 2 /m ⁇ p ⁇ 1000 ⁇ mm 2 /m.
  • the electrically heatable reactor 122 can be set up to heat the raw material to a temperature of 200°C to 1700°C.
  • the reactor 122 can be set up to further heat the preheated fluid by heating it up to a specified or predetermined temperature value.
  • the temperature range may depend on an application.
  • the fluid may be heated to a temperature in the range from 200°C to 1700°C, preferably from 300°C to 1400°C, more preferably from 400°C to 875°C.
  • the electrically heatable reactor 122 can be part of a steam cracker, as shown in FIG.
  • a steam cracker In steam cracking, longer-chain hydrocarbons such as naphtha, propane, butane and ethane as well as gas oil and hydrowax can be broken down by thermal cracking. Bio-oil, bio-diesel, liquid from renewable raw materials, pyrolysis oil, waste oil, are converted into short-chain hydrocarbons in the presence of water vapour.
  • ethylene, propylene, butenes and/or butadiene and benzene can be produced as reaction products. Methane, ethane, propane and/or hydrogen, for example, can be produced as by-products.
  • the electrically heatable reactor 122 may be adapted for use in a steam cracker to heat the preheated fluid to a temperature in the range of 550°C to 1700°C.
  • Bio-oil, bio-diesel, liquid from renewable raw materials, pyrolysis oil, waste oil can be used as raw materials, also referred to as starting materials.
  • Butenes can form as the main product and ethane or propane as by-products.
  • the system 110 has at least one heat integration device 132 which is set up to at least partially feed the by-products to the preheater 114 .
  • the preheater is set up to at least partially use energy required for preheating the raw material from the by-products.
  • the heat integration device 132 can be set up to use generated by-products to generate heat for the production of reaction products, in particular to use them again or further. Fractions of the cracked gas which are not desired as a reaction product, in particular methane and hydrogen, ethane and propane, can be recycled to the preheater 114 . In particular, excess quantities of the methane fraction produced by the electrically heatable reactor 122 can be returned to the preheater.
  • the heat integrator 132 is configured to at least partially feed the by-products to the preheater 114 .
  • the heat integration device 132 can have at least one line which is set up to at least partially conduct and/or transport the by-products from the electrically heatable reactor to the preheater 114 .
  • the by-products produced can be fed entirely to the preheater 114 or a portion of the by-products produced can be fed to the preheater 114 .
  • the preheater 114 is set up to at least partially use energy required for preheating the raw material from the by-products.
  • the preheater 114 can be set up to at least partially use energy required for heating the raw material and the process steam from the by-products.
  • the recirculated by-products can be burned in the preheater 144 and at least partially cover an energy demand of the process in the preheater. Excess amounts of the methane fraction from the cracked gas can be used to fire the preheater 114 and superheat. Further gases can be fed to the preheater for combustion, for example from another plant, a conventional reactor based on incinerators and/or another electrically heatable reactor. The supply of further gases is identified by arrow 134 in FIG. By-products that are not supplied can, for example, be discharged for the production of further products or as a semi-finished product, for example into another plant or another area of plant 110.
  • FIG. 2 shows another embodiment of the system 110 in a schematic representation.
  • the system 110 has at least one heat exchanger 136, which is set up to terminate ongoing chemical reactions of reaction products and/or by-products.
  • the heat exchanger 136 is arranged in the transport direction of the fluid behind the electrically heatable reactor 122 in the system 110 .
  • the plant 110 can have at least one line 138 which is set up to conduct the cracked gas from the reactor 122 to the heat exchanger 136 .
  • the heat exchanger 136 can be set up to cool the hot cracked gas generated by the electrically heatable reactor 122, in particular to a temperature of 350 to 400.degree.
  • the heat exchanger 136 may include a heat cooler, a high-pressure feedwater cooler.
  • the plant 110 can have at least one separation section 140 which is set up to separate reaction products and by-products.
  • the separating section 140 can be set up to separate substances contained in the cracked gas from one another.
  • the cracked gas can be fed to the separation section 140 via a further line 142 .
  • the separation section 140 can be set up to carry out at least one separation step, for example at least one distillation, in particular a rectification.
  • the separation section 140 can also have an absorption and/or extraction and a compressor, which is set up to compress the cracked gas.
  • Such separation steps and processes are known to those skilled in the art.
  • the separating section 140 can be set up in such a way that the main products to be produced are present in pure form after passing through the separating section 140 .
  • the plant 110 can have at least one raw material integration device 144, shown schematically as an arrow in FIG.
  • the raw material integration device 144 can be set up to use unreacted raw material as raw material for the production of reaction products, in particular to reuse or further use it.
  • Raw material integration device 144 can have at least one line, shown for example in Figure 3, which is set up to at least partially conduct and/or transport the unreacted raw material from electrically heatable reactor 122, in particular from separating section 140, to preheater 114.
  • Figure 3 shows another embodiment of the system 110 in a schematic representation.
  • the raw material and process steam may each be piped to and through preheater 114 and heated thereby.
  • the preheater 114 may be configured to superheat the raw material, shown at reference numeral 146 in Figure 3.
  • the plant 110 may be configured to mix the preheated raw material and the preheated process steam.
  • the raw material mixed with the process steam can be conducted, for example via a further line, into a zone of the preheater 114 close to the burner 116 and can be overheated.
  • the raw material mixed with the process steam can be superheated to a temperature slightly below a cracking temperature. That overheated Fluid can then be fed into an electrically heatable reactor 122 and split there.
  • the facility 110 may further include at least one steam system 148 .
  • the steam system 148 can have at least one steam separator, also referred to as a steam drum 150, shown for example in FIGS.
  • the steam system 148 can have at least one connection 154 between the steam drum 150 and the heat exchanger 136 such that boiler feed water from the steam drum 150 can be fed into the heat exchanger 136 .
  • the heat exchanger 136 can be set up to feed the boiler feed water and the saturated steam back into the steam drum 150, for example via at least one line 156.
  • the steam system 148 can also have at least one connection 158 between the steam drum 150 and the preheater 114, such that saturated steam from of the steam drum 150 can be passed into the preheater 114.
  • the preheater 114 can be set up to at least briefly superheat the saturated steam.
  • the resulting superheated high-pressure steam can be routed out of the preheater 114 and used to drive turbines, for example to generate electricity, shown with arrow 160.
  • the system 110 can have at least one cooling circuit 162.
  • a cooling circuit 162 also referred to as a refrigeration circuit, can be an open or closed circuit with one or more suitable refrigerants.
  • the refrigeration cycle may include one or more condensation and evaporation steps. Individual different process stages can be supplied with liquid refrigerant after the refrigerant has condensed at the final pressure of a compressor.
  • the refrigerant can be evaporated in individual process stages and provides the cooling capacity required in the process stages through evaporation at different pressure levels.
  • the refrigerant evaporated in the refrigeration consumers can be compressed again to the required final pressure by a multi-stage compressor.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the system 110 in a schematic representation.
  • the boiler feed water 152 can be heated in a region 164 furthest away from the burner 116 .
  • the raw material can be introduced and the raw material can be preheated.
  • the area 168 indicates the inlet of the saturated steam fed in from the steam drum 150 , which can be superheated in the area 170 .
  • the raw material mixed with the process steam can be superheated to a temperature slightly below a cracking temperature.
  • the preheater 114 may include a chimney through which exhaust gas 174 may be discharged from the preheater 114 .
  • energy use of the methane fraction can be as follows: Energy of the methane fraction is available from the manufacturing process. This can, for example, be used 20% or up to 20% proportionately for heating the boiler feed water 152 and for generating the superheated steam in the areas 168 and 170. For example, 80% or up to 80% of the energy from the methane fraction can be used for preheating and superheating the raw material.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of the plant according to the invention in the form of a steam cracker.
  • the electrically heatable reactor 122 can be fully integrated into existing plants, such as conventional steam crackers, although the electrically heatable reactor 122 does not have a convection zone. Complete integration is possible, in particular, by using excess quantities of methane fraction and the existing separating part 140. Conventional technology can thus be used in known dimensions outside the reactor space.
  • the pipeline 128 in the electrically heatable reactor 122 can be heated, for example, by alternating current.
  • Three conductors L1 , L2 , L3 are shown connected to tubing 128 .
  • the system 110 can have at least one aeration device 176 .
  • the ventilation device 176 can be set up to cool any element of the system 110 .
  • the ventilation device 176 can be set up to cool a power supply for heating the electrically heatable reactor 122.
  • the ventilation device 176 can be set up to ensure an operating temperature, in particular a temperature range, of the power supply. This can prevent the power supply from overheating.
  • the ventilation device 176 can be set up to cool the power supply by means of air, in particular ambient air 178 .
  • the ambient air can be heated during and/or by the cooling process.
  • the ventilation device 176 can be set up to supply the ambient air, in particular the ambient air heated by the current cooling, to the preheater 114, for example by means of line 180.
  • the heated ambient air can be used directly in the preheater 114 without additional heating of the ambient air being necessary.
  • the system 110 can have at least one connection on the atmosphere side, which is set up to enable an exchange of atmosphere, in particular of reaction space atmosphere, from the reaction space of the reactor 122 into the preheater 114 .
  • a reaction chamber atmosphere can be discharged with the flue gas flow of the preheater 114 in this way.
  • the system 110 can have at least one safety device 182 which is set up to enable the raw material to flow back from the electrically heatable reactor 122 to the preheater 114 .
  • the safety device 182 can be set up to enable the electrically heatable reactor 122 to be evacuated in the event of a fault.

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Abstract

Es wird eine Anlage (110) zur Herstellung von Reaktionsprodukten vorgeschlagen. Die Anlage (110) weist mindestens einen Vorwärmer (114) auf. Die Anlage (110) weist mindestens eine Rohmaterial-Zuführung (118) auf, welche eingerichtet ist, mindestens ein Rohmaterial dem Vorwärmer (114) zuzuführen. Der Vorwärmer (114) ist eingerichtet, das Rohmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur vorzuwärmen. Die Anlage (110) weist mindestens einen elektrisch beheizbaren Reaktor (122) auf. Der elektrisch beheizbare Reaktor (122) ist eingerichtet, um das vorgewärmte Rohmaterial zumindest teilweise in Reaktionsprodukte und Nebenprodukte umzusetzen. Die Anlage (110) weist mindestens eine Wärmeintegrationsvorrichtung (132) auf, welche eingerichtet ist, die Nebenprodukte dem Vorwärmer (114) zumindest teilweise zuzuführen. Der Vorwärmer (114) ist eingerichtet, um zum Vorwärmen des Rohmaterials benötigte Energie zumindest teilweise aus den Nebenprodukten zu nutzen.

Description

Wärmeintegration eines elektrisch beheizten Reaktors
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Reaktionsprodukten und ein Verfahren zur Wärmeintegration bei einer Herstellung von Reaktionsprodukten.
Produktionsanlagen wie Steamcracker sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, siehe beispielsweise https://de.wikipedia.org/wiki/Steamcracken. In Steamerackern wird beispielsweise Rohbenzin (Naphtha) bei hohen Temperaturen in Gegenwart von Wasserdampf in Ethylen und Propylen aufgespalten. In einer sogenannten Konvektionszone des Steamcrackers wird dazu das Rohbenzin vorgewärmt und heißer Wasserdampf zugegeben. In einer nachfolgenden Strahlungszone wird bei etwa 850 °C das Rohbenzin in Ethylen und Propylen aufgespalten, also gecrackt. Zum Beheizen des Steamcrackers wird konventionell Erdgas verbrannt, welches mit einer Kohlenstoffemission einhergeht. Die bei der Erdgas Verbrennung entstehende Wärme wird in konventionellen Steamerackern nicht nur zum Spalten verwendet, sondern die im Kamin aufsteigende Abwärme wird auch zum Vorheizen des Rohbenzins in der Konvektionszone verwendet. Derartige konventionelle Produktionsanlagen sind beispielsweise aus EP 2 653 524 A1 , US 4,361 ,478 A, EP 0 245 839 A1 oder EP3415587A1 bekannt.
Weiter sind konventionelle Öfen bekannt aus US 2006/116543 A1 , DE 10 2018 132736 A1 , und US 2011/163003 A1.
Weiter sind elektrisch beheizbare Reaktoren bekannt, beispielsweise aus WO 2015/197181 A1 , WO 2020/035575 A1 , WO 2020/035574 A1 , DE 103 17 197 A1 und WO 2017/186437 A.
Elektrisch beheizbare Reaktoren können ein CO2-neutrales Betreiben des Reaktors ermöglichen.
WO 2015/197181 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Heizen eines Fluids mit zumindest einer elektrisch leitfähigen Rohrleitung zur Aufnahme des Fluides, und zumindest eine mit der mindestens einen Rohrleitung verbundene Spannungsquelle. Die mindestens eine Spannungsquelle ist dazu ausgebildet, einen elektrischen Wechselstrom in der mindestens einen Rohrleitung zu erzeugen, der die mindestens eine Rohrleitung zum Heizen des Fluides erwärmt.
WO 2020/035575 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Erhitzen eines Fluides, welche mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung und/oder mindestens ein elektrisch leitfähiges Rohrleitungssegment zur Aufnahme des Fluides, und mindestens eine Gleichstrom-und/oder Gleichspannungsquelle umfasst. Jeder Rohrleitung und/oder jedem Rohrleitungssegment ist je eine Gleichstrom-und/oder Gleichspannungsquelle zugeordnet, welche mit der jeweiligen Rohrleitung und/oder mit dem jeweiligen Rohrleitungssegment verbunden ist, wobei die jeweilige Gleichstrom-und/oder Gleichspannungsquelle dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung und/oder in dem jeweiligen Rohrleitungssegment zu erzeugen, welcher die jeweilige Rohrleitung und/oder das jeweilige Rohrleitungssegment durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzendes Fluides erwärmt.
WO 2020/035574 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Erhitzen eines Fluides, welche mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung zur Aufnahme des Fluides, mindestens eine elektrisch leitfähige Spule und mindestens eine Wechselspannungsquelle umfasst, welche mit der Spule verbunden ist und eingerichtet ist, die Spule mit einer Wechselspannung zu beaufschlagen. Die Spule ist eingerichtet, durch die Beaufschlagung mit der Wechselspannung mindestens ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Die Rohrleitung und die Spule sind derart angeordnet, dass das elektromagnetische Feld der Spule einen elektrischen Strom in der Rohrleitung induziert, welcher die Rohrleitung durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmt.
Eine Integration eines elektrisch beheizbaren Reaktors in einen Steamcracker ist eine noch nicht gelöste Herausforderung. Insbesondere entfällt ohne eine Beheizung mittels Erdgas die Konvektionszone und so auch die Möglichkeit der Vorheizung des Ausgangsmaterials. Das Problem einer Wärmeintegration des elektrisch beheizten Reaktors in die Anlage ist bisher nicht gelöst.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage zur Herstellung von Reaktionsprodukten und ein Verfahren zur Wärmeintegration bei einer Herstellung von Reaktionsprodukten bereitzustellen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen und Verfahren zumindest weitgehend vermeiden. Insbesondere soll eine Wärmeintegration eines elektrisch beheizbaren Reaktors in einer Anlage, wie einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcra- cker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren, realisiert werden.
Diese Aufgabe wurde durch eine Anlage und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind u. a. in den zugehörigen Unteransprüchen und Unteranspruchsverknüpfungen angegeben.
Im Folgenden werden die Begriffe „haben“, „aufweisen“, „umfassen“ oder „einschließen“ oder beliebige grammatikalische Abweichungen davon in nicht-ausschließlicher Weise verwendet. Dementsprechend können sich diese Begriffe sowohl auf Situationen beziehen, in welchen, neben dem durch diese Begriffe eingeführten Merkmal, keine weiteren Merkmale vorhanden sind, oder auf Situationen, in welchen ein oder mehrere weitere Merkmale vorhanden sind. Beispielsweise kann sich der Ausdruck „A hat B“, „A weist B auf“, „A umfasst B“ oder „A schließt B ein“ sowohl auf die Situation beziehen, in welcher, abgesehen von B, kein weiteres Element in A vorhanden ist (d.h. auf eine Situation, in welcher A ausschließlich aus B besteht), als auch auf die Situation, in welcher, zusätzlich zu B, ein oder mehrere weitere Elemente in A vorhanden sind, beispielsweise Element e, Elemente C und D oder sogar weitere Elemente.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „mindestens ein“ und „ein oder mehrere“ sowie grammatikalische Abwandlungen dieser Begriffe oder ähnliche Begriffe, wenn diese in Zusammenhang mit einem oder mehreren Elementen oder Merkmalen verwendet werden und ausdrücken sollen, dass das Element oder Merkmal einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann, in der Regel lediglich einmalig verwendet werden, beispielsweise bei der erstmaligen Einführung des Merkmals oder Elementes. Bei einer nachfolgenden erneuten Erwähnung des Merkmals oder Elementes wird der entsprechende Begriff „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ in der Regel nicht mehr verwendet, ohne Einschränkung der Möglichkeit, dass das Merkmal oder Element einfach oder mehrfach vorgesehen sein kann.
Weiterhin werden im Folgenden die Begriffe „vorzugsweise“, „insbesondere“, „beispielsweise“ oder ähnliche Begriffe in Verbindung mit optionalen Merkmalen verwendet, ohne dass alternative Ausführungsformen hierdurch beschränkt werden. So sind Merkmale, welche durch diese Begriffe eingeleitet werden, optionale Merkmale, und es ist nicht beabsichtigt, durch diese Merkmale den Schutzumfang der Ansprüche und insbesondere der unabhängigen Ansprüche einzuschränken. So kann die Erfindung, wie der Fachmann erkennen wird, auch unter Verwendung anderer Ausgestaltungen durchgeführt werden. In ähnlicher Weise werden Merkmale, welche durch „in einer Ausführungsform der Erfindung“ oder durch „in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung“ eingeleitet werden, als optionale Merkmale verstanden, ohne dass hierdurch alternative Ausgestaltungen oder der Schutzumfang der unabhängigen Ansprüche eingeschränkt werden soll. Weiterhin sollen durch diese einleitenden Ausdrücke sämtliche Möglichkeiten, die hierdurch eingeleiteten Merkmale mit anderen Merkmalen zu kombinieren, seien es optionale oder nicht-optionale Merkmale, unangetastet bleiben.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anlage zur Herstellung von Reaktionsprodukten vorgeschlagen.
Unter einer „Anlage“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine chemische Produktionsanlage verstanden werden. Beispielsweise kann die Anlage ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steam reformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylben- zoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren. Beispielsweise kann die Anlage eingerichtet sein, mindestens ein Verfahren durchzuführen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: mindestens einer endothermen Reaktion, einer Vorwärmung, Steamcracking, Steamreforming, Alkan Dehydrierung, einem Reforming, Trockenreforming, einer Styrolherstelllung, einer Ethylbenzoldehydrierung, Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracking, einem katalytischen Cracking, einer Dehydrierung. Die Anlage weist mindestens einen Vorwärmer auf. Die Anlage weist mindestens eine Rohmaterial-Zuführung auf, welche eingerichtet ist, mindestens ein Rohmaterial dem Vorwärmer zuzuführen. Der Vorwärmer ist eingerichtet, das Rohmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur vorzuwärmen. Die Anlage weist mindestens einen elektrisch beheizbaren Reaktor auf. Der elektrisch beheizbare Reaktor ist eingerichtet, um das vorgewärmte Rohmaterial zumindest teilweise in Reaktionsprodukte und Nebenprodukte umzusetzen. Die Anlage weist mindestens eine Wärmeintegrationsvorrichtung auf, welche eingerichtet ist, die Nebenprodukte dem Vorwärmer zumindest teilweise zuzuführen. Der Vorwärmer ist eingerichtet, um zum Vorwärmen des Rohmaterials benötigte Energie zumindest teilweise aus den Nebenprodukten zu nutzen.
Unter einem „Vorwärmer“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung mindestens ein Element der Anlage verstanden werden, welches eingerichtet ist, das Rohmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur vorzuwärmen. Das Rohmaterial kann bei Zuführung eine erste Temperatur aufweisen. Beispielsweise kann die erste Temperatur 100 °C sein. Der Vorwärmer kann eingerichtet sein, das Rohmaterial auf eine zweite Temperatur aufzuheizen, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur. Die vorbestimmte Temperatur kann beispielsweise 500 bis 750 °C sein. Die vorbestimmte Temperatur kann abhängig von dem Rohmaterial, der beabsichtigten chemischen Reaktion und/oder den zu erzeugenden Reaktionsprodukten sein. Der Vorwärmer kann mindestens einen Brenner aufweisen. Der Vorwärmer kann eingerichtet sein, um einen Energiebedarf zum Vorwärmen des Rohmaterials durch Verbrennen von Gasen, beispielsweise von Methan, zu erzeugen. Die Gase können auch als Heizgase bezeichnet werden. Wie unten weiter ausgeführt wird, können zurückgeführte Nebenprodukte in dem Vorwärmer verbrannt werden und die zum Erhitzen benötigte Energie in dem Vorwärmer zumindest teilweise liefern.
Die Anlage kann mindestens eine Prozessdampf-Zuführung aufweisen, welche eingerichtet ist, mindestens einen Prozessdampf dem Vorwärmer zuzuführen. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann eingerichtet sein, um das Rohmaterial in Anwesenheit des Prozessdampfs in ein Spaltgas umzusetzen. Unter einem „Prozessdampf“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung Wasserdampf verstanden werden, in dessen Gegenwart das Rohmaterial in Reaktionsprodukte und Nebenprodukte umgesetzt werden kann. Der Prozessdampf kann ein heißer Prozessdampf sein, beispielsweise mit einer Temperatur von 180 bis 200 °C. Unter einer „Prozessdampf-Zuführung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element der Anlage verstanden werden, welches eingerichtet ist, den Prozessdampf dem Vorwärmer bereitzustellen. Die Prozessdampf-Zuführung kann mindestens eine Rohrleitung oder ein Rohrleitungssystem aufweisen.
Unter „Rohmaterial“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein grundsätzlich beliebiges Ausgangsmaterial, auch als Feedstock bezeichnet, verstanden werden, aus welchem die Reaktionsprodukte erzeugt und/oder hergestellt werden können, insbesondere durch mindestens eine chemische Reaktion. Das Rohmaterial kann insbesondere ein Edukt sein, mit welchem die chemische Reaktion durchgeführt werden soll. Das Rohmaterial kann ein flüssiges oder ein gasförmiges Rohmaterial sein. Das Rohmaterial kann mindestens ein Element aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Methan, Ethan, Propan, Butan, Naphtha, Ethylbenzol, Gasöl, Kondensate, Bioflüssigkeiten, Biogase, Pyrolyseöle, Abfallöle und Flüssigkeiten aus nachwachsenden Rohstoffen. Bioflüssigkeiten können beispielsweise Fette oder Öle oder deren Derivate aus nachwachsenden Rohstoffen sein, beispielsweise Bioöl oder Biodiesel. Unter einer „Rohmaterial-Zuführung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element verstanden werden, welches eingerichtet ist, das Rohmaterial dem Vorwärmer bereitzustellen. Die Rohmaterial-Zuführung kann mindestens eine Rohrleitung oder ein Rohrleitungssystem aufweisen.
Das Rohmaterial und der Prozessdampf können jeweils in Rohrleitungen zu und durch den Vorwärmer geführt werden und von diesem erhitzt werden. Der Vorwärmer kann insbesondere eingerichtet sein, um das Rohmaterial zu überhitzen. Die Anlage kann eingerichtet sein, um das vorgewärmte Rohmaterial und den vorgewärmten Prozessdampf zu vermischen. Das mit dem Prozessdampf vermischte Rohmaterial kann, beispielsweise über eine weitere Leitung, in eine dem Brenner nahe Zone des Vorwärmers geführt werden und überhitzt werden. Beispielsweise kann das mit dem Prozessdampf vermischte Rohmaterial auf eine Temperatur etwas unterhalb einer Spalttemperatur überhitzt werden. Das überhitzte Fluid kann anschließend in den elektrisch beheizbaren Reaktor geführt und dort gespalten werden.
Die Anlage kann mindestens eine Zuleitung aufweisen, welche eingerichtet ist, ein von dem Vorwärmer vorgewärmtes, insbesondere überhitztes, Fluid dem elektrisch beheizbaren Reaktor zuzuführen. Insbesondere kann das von dem Vorwärmer vorgewärmte Rohmaterial und/oder das vorgewärmte Gemisch aus Rohmaterial und Prozessdampf über die Zuleitung dem elektrisch beheizbaren Reaktor zugeführt werden. Unter einem „Fluid“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium verstanden. Das Fluid kann insbesondere ein durch den Vorwärmer überhitztes Gemisch aus Rohmaterial und Prozessdampf sein. Beispielsweise kann das Fluid ein thermisch zu spaltender Kohlenwasserstoff, insbesondere ein thermisch zu spaltendes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, sein. Beispielsweise kann das Fluid Wasser oder Wasserdampf sein und zusätzlich einen thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Gemisch aus thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoffen, aufweisen. Das Fluid kann beispielsweise ein vorgewärmtes Gemisch aus thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf sein.
Unter „Reaktionsprodukt“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein zu erzeugendes Hauptprodukt, auch als Grundprodukt oder als Wertprodukt bezeichnet, verstanden werden. Die Anlage kann eingerichtet sein, mindestens eine chemische Reaktion ablaufen zu lassen, in welcher Hauptprodukte und Nebenprodukte erzeugt werden. Das Reaktio ns produkt kann mindestens ein Element aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Acetylen, Ethylen, Propylen, Butene, Butadien, Benzol, Styrol, Synthesegas. Unter „Nebenprodukt“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein weiteres Produkt der chemischen Reaktion verstanden werden, welches zusätzlich zu den Reaktionsprodukten anfällt. Beispielsweise kann das Nebenprodukt mindestens ein Element aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Wasserstoff, Methan, Ethan, Propan. Unter „zumindest teilweise“ in Reaktionsprodukte und Nebenprodukte umzusetzen kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden werden, dass Ausführungsformen möglich sind, in welchen das Rohmaterial und/oder das Gemisch aus Rohmaterial und Prozessdampf vollständig umgesetzt werden, und Ausführungsformen möglich sind, in welchen das Rohmaterial und/oder das Gemisch aus Rohmaterial und Prozessdampf nicht vollständig umgesetzt werden.
Unter einem „Reaktor“, auch als chemischer Reaktor bezeichnet, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, dass in ihr mindestens ein chemischer Prozess ablaufen kann und/oder mindestens eine chemische Umsetzung durchgeführt werden kann. Unter einem „elektrisch beheizbaren“ Reaktor kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein elektrisch betriebener Reaktor verstanden werden. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann eingerichtet sein, ein in dem Reaktor befindliches Fluid mittels elektrischem Strom zu erhitzen. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann durch Strom beheizbar sein. Die für die Reaktion im elektrisch beheizbaren Reaktor benötigte Energie kann vollständig durch elektrischen Strom erzeugt werden, insbesondere in Form vom Joulescher Wärme. Grundsätzlich kann Strom aus jeder beliebigen Stromquelle zum Beheizen des Reaktors verwendet werden. Vorteilhafterweise kann Strom aus regenerativen Energien verwendet werden, welches eine Klimaverträglichkeit der Anlage weiter erhöht. Weiter kann durch die Verwendung eines Vorwärmers für die Herstellung der Reaktionsprodukte nur eine anteilige Bestromung für Prozesse in dem elektrisch beheizbaren Reaktor notwendig sein. So kann der Strombedarf limitiert werden. Für den elektrisch beheizbaren Reaktor kann ein von den übrigen Elementen der Anlage unabhängiges Strom- und Transformatorkonzept möglich sein.
Der elektrisch beheizbare Reaktor unterscheidet sich von konventionellen Öfen, also Öfen mit Konvektionszonen, beispielsweise bekannt aus US 2006/116543 A1 , DE 102018 132736 A1 , und US 2011/163003 A1 . Die in dem elektrisch beheizbaren Reaktor ablaufenden Reaktionen sind identisch wie in einem konventionellen Ofen, jedoch wird die Energie für Erwärmung und Endotherme Reaktion aus Strom erzeugt, beispielsweise durch direkte oder indirekte Beheizung. Zu diesem Zweck weist der elektrisch beheizbare Reaktor eine elektrische Stromversorgung auf, insbesondere eines oder mehrere von Transformatoren, leitende Stromverbindungen, Schaltanlagen und weiteres elektrotechnisches Equipment. In konventionellen Öfen hingegen wird Strahlungswärme verwendet. Insbesondere wird in konventionellen Öfen die Energie für Erwärmung und Endotherme Reaktion aus der Verbrennung von Erdgas, Methan, H2 erzeugt. Der elektrisch beheizbare Reaktor bezieht sich also darauf, dass die Reaktion, beispielsweise vorgewärmtes Naphtha und Dampf, zu einem Produkt reagieren, wobei die zur Reaktion benötigte Energie aus Strom erzeugt wird. Der elektrisch beheizbare Reaktor ermöglicht eine CO2 Reduktion bis zu 100%. Der konventionelle Ofen hingegen produziert CO2 durch Verbrennung des Heizgases. Bei einer Implementierung eines elektrisch beheizbaren Reaktors mit Reglern, kann eine weitere Energiereduktion ermöglicht werden durch Optimierung der Reaktion- oder Temperatursteuerung. In einem elektrisch beheizbaren Reaktor können höhere Temperaturen als für die Prozesse benötigt werden erreicht werden, aber nicht so hohe Temperaturen wie durch die Verbrennung im konventionellen Ofen. Zum Erreichen der Temperaturen können im elektrisch beheizbaren Reaktor große elektrische Ströme verwendet werden. In konventionellen Öfen erfolgt keine Nutzung des elektrischen Stroms, sondern Heizgasverbrennung. Ein Design des Reaktionsraums des elektrisch beheizbaren Reaktors kann durch die elektrische Beheizung beeinflusst sein. Hingegen ist das Design eines Öfenraums eines konventionellen Ofens durch die Gas-Beheizung beeinflusst. Eine Materialauswahl für den elektrisch beheizbaren Reaktor kann auf der Verfahrenstechnik, z.B. Reaktion, Koksbildung, Reaktionstemperatur usw., basieren und der elektrischen Beheizung. Bei direkter Beheizung kann auch der ohmsche Widerstand mitberücksichtigt werden. Bei der indirekten Beheizung kann ein höherer Freiheitsgrad des Materials möglich sein. In konventionellen Öfen basiert die Materialauswahl allein auf der Verfahrenstechnik, z.B. Reaktion, Koksbildung, Reaktionstemperatur usw..
Konventionelle Öfen weisen eine Konvektionszone auf. Die Konvektionszone ist dabei durch die Strahlungszone definiert und die Konvektionszone ist in Bezug auf die Örtlichkeiten zwangsweise oberhalb der Strahlungszone angeordnet. Eine Wärmeintegration in konventionellen Öfen ist dem Fachmann bekannt. Bei einem konventionellen Ofen besteht die Wärmeintegration z.B. aus den Wärmetauschern: Kesselspeisewasservorwärmung, Naphthavorwärmung, Prozeßdampfüberhitzung, Hochdruckdampfüberhitzung, Einsatzstoffüberhitzung. Die Rohre dieser Wärmetauscher sind horizontal in einem konventionellen Spaltofen im Rauchgasstrom der Gasbrenner übereinander angeordnet. Bei einem elektrisch beheizbaren Reaktor kann die Konvektionszone in Bezug auf die Örtlichkeiten nicht zwangsweise oberhalb der E-Ofen Strahlungszone angeordnet sein. Die Anordnung kann flexibler sein, da die Beheizung über unabhängige Gasbrenner erfolgt. Da der elektrisch beheizbare Reaktor und die Wärmeintegration voneinander abgekoppelt sind, gibt es Freiheitsgrade bezüglich des Designs und/oder Ortes und/oder Konzepts.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen H2, Methan, Ethan, wie alle brennbaren Substanzen, die aus dem Spaltgas generiert und in einer Trennsektion aufgereinigt wurden, für die Vorwärmung der Rohmaterialien, auch als Feedströme bezeichnet, und der Dämpfe zu nutzen. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann sich dabei auf die Reaktion nach der Vorwärmung beziehen, in welcher bspw. vorgewärmtes Naphtha und Dampf zu einem Produkt reagieren. Durch eine Verbrennung des wiedergewonnenen Heizgases (H2, Methan, Ethan usw.) kann dieses zur Vorwärmung energetisch genutzt werden. Zusätzliches Erdgas zur Vorwärmung kann, wenn benötigt, auch extern bezogen werden. Es kann die Möglichkeit bestehen die Wärmeintegration nur teilweise auszuführen.
Der elektrisch beheizbare Reaktor kann mindestens eine Vorrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist das vorgewärmte Rohmaterial, aufzunehmen. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann mindestens ein Reaktionsrohr, auch als Rohrleitung bezeichnet, aufweisen, in welchem die chemische Reaktion ablaufen kann. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr mindestens eine Rohrleitung und/oder mindestens ein Rohrleitungssegment zur Aufnahme des Fluids umfassen. Die Ausdrücke Rohrleitung und Rohrleitungssegment werden im Folgenden als Synonyme verwendet. Das Reaktionsrohr kann weiter eingerichtet sein, das von dem Vorwärmer vorgewärmte Fluid durch den elektrisch beheizbaren Reaktor zu transportieren. Geometrie und/oder Ober- flächen und/oder Material des Reaktionsrohres können anhängig von einem zu transportierenden Fluid sein. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann eine Mehrzahl an Rohrleitungen aufweisen. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann I Rohrleitungen aufweisen, wobei I eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor mindestens zwei, drei, vier, fünf oder auch mehr Rohrleitungen aufweisen. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann beispielsweise bis zu hundert Rohrleitungen aufweisen. Die Rohrleitungen können identisch oder verschieden ausgestaltet sein.
Die Rohrleitungen können symmetrische und/oder unsymmetrische Rohre und/oder Kombinationen davon aufweisen. Bei einer rein symmetrischen Ausgestaltung kann der elektrisch beheizbare Reaktor Rohrleitungen von einem identischen Rohrtyp aufweisen. Unter „unsymmetrische Rohre“ und „Kombinationen von symmetrischen und unsymmetrischen Rohren“ kann verstanden werden, dass der elektrisch beheizbare Reaktor eine beliebige Kombination von Rohrtypen aufweisen kann, welche beispielsweise zudem beliebig parallel oder in Reihe verschaltet sein können. Unter einem „Rohrtyp“ kann eine durch bestimmte Merkmale gekennzeichnete Kategorie oder Art von Rohrleitung verstanden werden. Der Rohrtyp kann mindestens durch ein Merkmal charakterisiert werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer horizontalen Ausgestaltung der Rohrleitung; einer vertikalen Ausgestaltung der Rohrleitung; einer Länge im Eintritt (11 ) und/oder Austritt (I2) und/oder Übergang (I3); einem Durchmesser im Eintritt (d1 ) und Austritt (d2) und/oder Übergang (d3); Anzahl n von Pässen; Länge pro Pass; Durchmesser pro Pass; Geometrie; Oberfläche; und Material. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann eine Kombination von mindestens zwei verschiedenen Rohrtypen aufweisen, welche parallel und/oder in Reihe verschaltet sind. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor Rohrleitungen von unterschiedlichen Längen im Eintritt (11 ) und/oder Austritt (I2) und/oder Übergang (I3) aufweisen. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor Rohrleitungen mit einer Asymmetrie der Durchmesser im Eintritt (d1) und/oder Austritt (d2) und/oder Übergang (d3) aufweisen. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor Rohrleitungen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Pässen aufweisen. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor Rohrleitungen mit Pässen mit unterschiedlichen Längen pro Pass und/oder unterschiedlichem Durchmesser pro Pass aufweisen. Grundsätzlich sind beliebige Kombinationen parallel und/oder in Reihe von allen Rohrtypen denkbar.
Der elektrisch beheizbare Reaktor kann eine Mehrzahl von Einlässen und/oder Auslässen und/oder Produktionsströmen aufweisen. Die Rohrleitungen von verschiedenem oder identischem Rohrtyp können parallel und/oder in Reihe mit mehreren Einlässen und/oder Auslässen angeordnet sein. Rohrleitungen können in verschiedenen Rohrtypen in Form eines Baukastens vorliegen und abhängig von einem Verwendungszweck ausgewählt und beliebig kombiniert werden. Durch eine Verwendung von Rohrleitungen von verschiedenen Rohrtypen kann eine genauere Temperaturführung, und/oder eine Anpassung der Reaktion bei schwankendem Feed und/oder eine selektive Ausbeute der Reaktion und/oder eine optimierte Verfahrenstechnik ermöglicht werden. Die Rohrleitungen können identische oder verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen. Die Rohrleitungen können durchverbunden sein und so ein Rohrsystem zur Aufnahme des Fluids bilden. Unter einem „Rohrsystem“ kann eine Vorrichtung aus mindestens zwei, insbesondere miteinander verbundenen, Rohrleitungen verstanden werden. Das Rohrsystem kann zu- und abführende Rohrleitungen aufweisen. Das Rohrsystem kann mindestens einen Einlass zur Aufnahme des Fluids aufweisen. Das Rohrsystem kann mindestens einen Auslass zur Ausgabe des Fluids aufweisen. Unter „durchverbunden“ kann verstanden werden, dass die Rohrleitungen miteinander in einer Fluidverbindung stehen. So können die Rohrleitungen derart angeordnet und verbunden sein, dass das Fluid die Rohrleitungen nacheinander durchströmt. Die Rohrleitungen können parallel zu einander verschaltet sein, derart, dass das Fluid mindestens zwei Rohrleitungen parallel durchströmen kann. Die Rohrleitungen, insbesondere die parallel geschalteten Rohrleitungen, können derart eingerichtet sein, unterschiedliche Fluide parallel zu transportieren. Insbesondere können für einen Transport von verschiedenen Fluiden die parallel geschalteten Rohrleitungen, zueinander verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen. Insbesondere für den Transport eines Fluids, können mehrere oder sämtliche der Rohrleitungen parallel konfiguriert sein, so dass das Fluid auf jene parallel konfigurierten Rohrleitungen aufteilbar ist. Auch Kombinationen von einer seriellen und parallelen Schaltung sind denkbar.
Beispielsweise kann das Reaktionsrohr mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung zur Aufnahme des Fluids umfassen. Unter einer „elektrisch leitfähigen Rohrleitung“ kann verstanden werden, dass die Rohrleitung, insbesondere das Material der Rohrleitung, eingerichtet ist, elektrischen Strom zu leiten. Auch Ausgestaltungen als elektrisch nichtleitende Rohrleitungen oder schlechtleitende Rohrleitungen sind jedoch denkbar.
Die Rohrleitungen und entsprechend zu- und abführenden Rohrleitungen können miteinander fluidleitend verbunden sein. Bei einer Verwendung von elektrisch leitfähigen Rohrleitungen können die zu- und abführenden Rohrleitungen galvanisch voneinander getrennt sein. Unter „galvanisch voneinander getrennt“ kann verstanden werden, dass die Rohrleitungen und die zu- und abführenden Rohrleitungen derart voneinander getrennt sind, dass keine elektrische Leitung und/oder eine tolerierbare elektrische Leitung zwischen den Rohrleitungen und den zu- und abführenden Rohrleitungen erfolgt. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann mindestens einen Isolator, insbesondere eine Mehrzahl von Isolatoren, aufweisen. Die galvanische Trennung zwischen den jeweiligen Rohrleitungen und den zu- und abführenden Rohrleitungen kann durch die Isolatoren gewährleistet sein. Die Isolatoren können einen freien Durchfluss des Fluids sicherstellen.
Der elektrisch beheizbare Reaktor kann durch Verwendung eines mehrphasigen Wechselstroms und/oder eines 1 -phasen Wechselstroms und/oder eines Gleichstroms und/oder Strahlung elektrisch beheizbar sein.
Der elektrisch beheizbare Reaktor kann mindestens eine Wechselstrom- und/oder mindestens eine Wechselspannungsquelle aufweisen. Die Wechselstrom- und/oder eine Wechselspannungsquelle kann 1-phasig oder mehrphasig sein. Unter einer „Wechselstromquelle“ kann eine Stromquelle verstanden werden, welche eingerichtet ist, einen Wechselstrom bereitzustellen. Unter einer „Wechselstrom“ kann ein elektrischer Strom verstanden werden, dessen Polung sich in zeitlich regelmäßiger Wiederholung ändert. Beispielsweise kann der Wechselstrom ein sinusförmiger Wechselstrom sein. Unter einer „einphasigen“ Wechselstromquelle kann eine Wechselstromquelle verstanden werden, welche einen elektrischen Strom mit einer einzigen Phase bereitstellt. Unter einer „mehrphasigen“ Wechselstromquelle kann eine Wechselstromquelle verstanden werden, welche einen elektrischen Strom mit mehr als einer Phase bereitstellt. Unter einer „Wechselspannungsquelle“ kann eine Spannungsquelle verstanden werden, welche eingerichtet ist, eine Wechselspannung bereitzustellen. Unter einer „Wechselspannung“ kann eine Spannung verstanden werden, deren Höhe und Polarität sich zeitlich regelmäßig wiederholt. Beispielsweise kann die Wechselspannung eine sinusförmige Wechselspannung sein. Die von der Wechselspannungsquelle erzeugte Spannung bewirkt einen Stromfluss, insbesondere ein Fließen eines Wechselstroms. Unter einer „einphasigen“ Wechselspannungsquelle kann eine Wechselspannungsquelle verstanden werden, welche den Wechselstrom mit einer einzigen Phase bereitstellt. Unter einer „mehrphasigen“ Wechselspannungsquelle kann eine Wechselspannungsquelle verstanden werden, welche den Wechselstrom mit mehr als einer Phase bereitstellt.
Der elektrisch beheizbare Reaktor kann eine Mehrzahl von einphasigen oder mehrphasigen Wechselstrom- oder Wechselspannungsquellen aufweisen. Jeder der Rohrleitungen kann je eine Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle zugeordnet sein, welche mit der jeweiligen Rohrleitung verbunden ist, insbesondere elektrisch über mindestens eine elektrische Verbindung. Weiter sind Ausführungsformen denkbar, in welchen sich mindestens zwei Rohrleitungen eine Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle teilen. Zur Verbindung der Wechselstrom- oder Wechselspannungsquelle und den jeweiligen Rohrleitungen kann der elektrisch beheizbare Reaktor 2 bis N Hinleiter und 2 bis N Rückleiter aufweisen, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die jeweilige Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle kann dazu eingerichtet sein, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung zu erzeugen. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können entweder geregelt oder ungeregelt sein. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können mit oder ohne Regelungsmöglichkeit mindestens einer elektrischen Ausgangsgröße ausgestaltet sein. Unter einer „Ausgangsgröße“ kann ein Strom und/oder ein Spannungswert und/oder ein Strom und/oder ein Spannungssignal verstanden werden. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann 2 bis M verschiedene Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen aufweisen, wobei M eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können unabhängig voneinander elektrisch regelbar sein. So kann beispielsweise ein verschiedener Strom in den jeweiligen Rohrleitungen erzeugt und verschiedene Temperaturen in den Rohrleitungen erreicht werden.
Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor wie in WO 2015/197181 A1 beschrieben, deren Inhalt in die Beschreibung durch Verweis einbezogen wird, ausgestaltet sein und zumindest eine elektrisch leitfähige Rohrleitung zur Aufnahme des Fluids und zumindest eine mit der mindestens einen Rohrleitung verbundene Spannungsquelle aufweisen. Die mindestens eine Spannungsquelle ist dazu ausgebildet, einen elektrischen Wechselstrom in der mindestens einen Rohrleitung zu erzeugen, der die mindestens eine Rohrleitung zum Heizen des Fluides erwärmt.
Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor wie in WO 2020/035574 A1 beschrieben, deren Inhalt in die Beschreibung durch Verweis einbezogen wird, ausgestaltet sein und mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung zur Aufnahme des Fluides, mindestens eine elektrisch leitfähige Spule und mindestens eine Wechselspannungsquelle umfassen, welche mit der Spule verbunden ist und eingerichtet ist, die Spule mit einer Wechselspannung zu beaufschlagen. Die Spule kann eingerichtet sein, durch die Beaufschlagung mit der Wechselspannung mindestens ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen. Die Rohrleitung und die Spule können derart angeordnet sein, dass das elektromagnetische Feld der Spule einen elektrischen Strom in der Rohrleitung induziert, welcher die Rohrleitung durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmt.
Das Reaktionsrohr kann beispielsweise wie in EP 20 157 516.4, eingereicht am 14. Februar 2020, beschrieben, deren Inhalt in die Beschreibung durch Verweis einbezogen wird, ausgestaltet sein. Das Reaktionsrohr kann mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung zur Aufnahme des Fluids umfassen. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann mindestens eine einphasige Wechselstrom- und/oder mindestens eine einphasige Wechselspannungsquelle aufweisen. Jeder Rohrleitung kann je eine einphasige Wechselstrom- und/oder eine einphasige Wechselspannungsquelle zugeordnet sein, welche mit der jeweiligen Rohrleitung verbunden ist. Die jeweilige einphasige Wechselstrom- und/oder einphasige Wechselspannungsquelle kann dazu ausgebildet sein, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung zu erzeugen, welcher die jeweilige Rohrleitung durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmt. Die einphasige Wechselstrom- und/oder die einphasige Wechselspannungsquelle können derart mit der Rohrleitung elektrisch leitend verbunden sein, dass der erzeugte Wechselstrom über einen Hinleiter in die Rohrleitung hereinfließt und über einen Rückleiter zur Wechselstrom und/oder Wechselspannungsquelle zurückfließt. Das Fluid kann die Rohrleitung durchströmen und in dieser erhitzt werden, indem die Rohrleitung durch einen in diese Rohrleitung aus den Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen eingeprägten Wechselstrom erhitzt werden, so dass in den Rohrleitungen Joulesche Wärme erzeugt wird, welche auf das Fluid übertragen wird, so dass dieses beim Durchströmen der Rohrleitung erhitzt wird. Unter einem „Hinleiter“ kann ein beliebiger elektrischer Leiter, insbesondere ein Zuleiter, verstanden werden, wobei der Wortteil „hin“ eine Fließrichtung angibt von der Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle zu der der Rohrleitung. Unter einem „Rückleiter“ kann ein grundsätzlich beliebiger elektrischer Leiter verstanden werden, welcher eingerichtet ist, den Wechselstrom nach Durchfließen von der Rohrleitung wegzuleiten, insbesondere zu der Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle. Der Wortteil „rück“ gibt hierbei eine Fließrichtung an von der Rohrleitung zu der Wechselstromquelle oder Wechselspannungsquelle. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann mindestens eine Gleichstrom- und/oder mindestens eine Gleichspannungsquelle aufweisen. Unter einer „Gleichstromquelle“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, einen Gleichstrom bereitzustellen. Unter einer „Gleichspannungsquelle“ kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, eine Gleichspannung bereitzustellen. Die Gleichstromquelle und/oder die Gleichspannungsquelle sind eingerichtet, einen Gleichstrom in der jeweiligen Rohrleitung zu erzeugen. Unter „Gleichstrom“ kann ein in Stärke und Richtung im Wesentlichen konstanter elektrischer Strom verstanden werden. Unter einer „Gleichspannung“ kann eine im Wesentlichen konstante elektrische Spannung verstanden werden. Unter „im Wesentlichen konstant“ kann ein Strom oder eine Spannung verstanden werden, welcher dessen Schwankungen für die beabsichtigte Wirkung unwesentlich ist.
Der elektrisch beheizbare Reaktor kann eine Mehrzahl von Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquellen aufweisen. Jeder Rohrleitung kann je eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle zugeordnet sein, welche mit der jeweiligen Rohrleitung verbunden ist, insbesondere elektrisch über mindestens eine elektrische Verbindung. Zur Verbindung der Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquellen und der jeweiligen Rohrleitung kann der elektrisch beheizbare Reaktor 122 2 bis N positive Pole und/oder Leiter und 2 bis N negative Pole und/oder Leiter aufweisen, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die jeweilige Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquellen kann dazu eingerichtet sein, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung zu erzeugen. Der erzeugte Strom kann die jeweilige Rohrleitung durch Joulesche Wärme, die bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluids erwärmen.
Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor wie in WO 2020/035575 A1 beschrieben, deren Inhalt in die Beschreibung durch Verweis einbezogen wird, ausgestaltet sein und mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung und/oder mindestens ein elektrisch leitfähiges Rohrleitungssegment zur Aufnahme des Fluids, und mindestens eine Gleichstrom-und/oder Gleichspannungsquelle aufweisen. Die jeweilige Gleichstrom-und/oder Gleichspannungsquelle kann dazu ausgebildet sein, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung und/oder in dem jeweiligen Rohrleitungssegment zu erzeugen, welcher die jeweilige Rohrleitung und/oder das jeweilige Rohrleitungssegment durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzendes Fluides erwärmt.
Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor durch Verwendung von Strahlung elektrisch beheizbar sein, insbesondere durch Verwendung von Induktion, Infrarotstrahlung, und/oder Mikrowellenstrahlung.
Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor durch Verwendung mindestens eines stromleitenden Mediums beheizbar sein. Die Strom- oder Spannungsquelle, Wechselstrom, Wechselspannung oder Gleichstrom, Gleichspannung, kann eingerichtet sein einen elektrischen Strom in dem stromleitenden Medium zu erzeugen, welcher den elektrisch beheizbaren Reaktor durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch das stromleitenden Medium entsteht, erwärmt. Das stromleitende Medium und der elektrisch beheizbare Reaktor können derart zueinander angeordnet sein, dass das stromleitende Medium den elektrisch beheizbaren Reaktor zumindest teilweise umgibt und/oder dass der elektrisch beheizbare Reaktor das stromleitende Medium zumindest teilweise umgibt. Das stromleitende Medium kann einen festen, flüssigen und/oder gasförmigen Aggregatzustand aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fest, flüssig und gasförmig und Gemische z.B. Emulsionen und Suspensionen. Das stromleitende Medium kann beispielsweise ein stromleitendes Granulat oder ein stromleitendes Fluid sein. Das stromleitende Medium kann mindestens ein Material aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kohlenstoff, Karbide, Silizide, elektrisch leitfähige Öle, Salz-schmelzen, anorganische Salze sowie festflüssige Gemische. Das stromleitende Medium kann einen spezifischer Widerstand p von 0,1 Qmm2/m < p < 1000 Qmm2/m aufweisen, bevorzugt von 10 Qmm2/m < p < 1000 Qmm2/m.
Der elektrisch beheizbare Reaktor kann eingerichtet sein, um das Rohmaterial auf eine Temperatur von 200 °C bis 1700 °C zu erwärmen. Der Reaktor kann insbesondere eingerichtet sein, um das vorgewärmte Fluid durch das Erhitzen bis zu einem vorgegebenen oder vorbestimmten Temperaturwert weiter zu erwärmen. Der Temperaturbereich kann abhängig von einer Anwendung sein. Beispielsweise kann das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 1700°C, bevorzugt von 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt von 400 °C bis 875 °C erhitzt werden.
Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor Teil eines Steamcrackers sein. Unter „Steamcracking“ kann ein Verfahren verstanden werden, bei welchem durch thermisches Cracken längerkettige Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Naphtha, Propan, Butan und Ethan sowie Gasöl und Hydrowax, Bioöl, Biodiesel, Flüssigkeit aus nachwachsenden Rohstoffen, Pyrolyseöl, Abfallöl, in Gegenwart von Wasserdampf in kurzkettige Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden. Bei dem Steamcracking kann als Reaktionsprodukt Ethylen, Propylen, Butene und/oder Butadien und Benzol erzeugt werden. Als Nebenprodukte kann beispielsweise Methan, Ethan, Propan und/oder Wasserstoff erzeugt werden. Der elektrisch beheizbare Reaktor kann für eine Verwendung in einem Steamcracker eingerichtet sein, um das vorgewärmte Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 550°C bis 1700°C zu erwärmen.
Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor Teil eines Reformerofens, insbesondere zum Steamreforming, sein. Unter „Steamreforming“ kann ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und Kohlenoxiden aus Wasser und kohlenstoffhaltigen Energieträgern, insbesondere Kohlenwasserstoffen wie Erdgas, Leichtbenzin, Methanol, Biogas oder Biomasse verstanden werden. Beispielsweise kann das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis 875 °C, bevorzugt von 400 °C bis 700 °C, erwärmt werden. Als Rohstoffe, als auch Ausgangsstoffe bezeichnet, kann Bioöl, Biodiesel, nachwachsende Rohstoffe, Pyrolyseöl, Abfallöl verwendet werden. Als Hauptprodukt kann H2 und CO als Nebenprodukte Methan, Ethan, oder Propan entstehen. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor Teil einer Vorrichtung zur Dehydrierung sein. Unter einer „Dehydrierung“ kann ein Verfahren zur Herstellung von Alkenen durch Dehydrierung von Alkanen, beispielsweise Dehydrierung von Butan zu Butenen (BDH) oder Dehydrierung von Propan zu Propen (PDH), verstanden werden. Die Vorrichtung zur Dehydrierung kann eingerichtet sein, das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 400°C bis 700°C zu erwärmen. Als Rohstoff kann Ethylbenzol verwendet werden. Als Hauptprodukte können Styrol und Acetylen bei 1700 °C entstehen.
Auch andere Temperaturen und Temperaturbereiche sind jedoch denkbar.
Die Anlage kann mindestens eine atmosphärenseitige Verbindung aufweisen, welche eingerichtet ist, um einen Atmosphärenaustausch, insbesondere von Reaktionsraumatmosphäre von dem Reaktionsraum des Reaktors in den Vorwärmer, zu ermöglichen. Insbesondere kann so eine Ableitung einer Reaktionsraumatmosphäre mit dem Rauchgasstrom des Vorwärmers erfolgen.
Die Anlage kann mindestens eine Sicherheitseinrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, um einen Rückstrom des Rohmaterials aus dem elektrisch beheizbaren Reaktor zu dem Vorwärmer zu ermöglichen. Unter einer „Sicherheitseinrichtung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden werden, welche in einem Störfall eine Evakuierung des elektrisch beheizbaren Reaktors ermöglicht.
Die Anlage kann mindestens eine Belüftungsvorrichtung aufweisen. Unter einer „Belüftungsvorrichtung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, ein beliebiges Element der Anlage zu kühlen. Die Belüftungsvorrichtung kann eingerichtet sein zur Kühlung einer Stromversorgung zur Beheizung des elektrisch beheizbaren Reaktors. Die Belüftungsvorrichtung kann eingerichtet sein, um ein Betriebstemperatur, insbesondere einen Temperaturbereich, der Stromversorgung zu gewährleisten. So kann ein Überhitzen der Stromversorgung vermieden werden. Die Belüftungsvorrichtung kann eingerichtet sein, die Stromversorgung mittels Luft, insbesondere Umgebungsluft, zu kühlen. Während und/oder durch den Kühlprozess kann die Umgebungsluft aufgeheizt werden. Die Belüftungsvorrichtung kann eingerichtet sein, um die Umgebungsluft, insbesondere die durch die Stromkühlung aufgeheizte Umgebungsluft, dem Vorwärmer zuzuführen. Die aufgeheizte Umgebungsluft kann direkt im Vorwärmer verwendet werden, ohne dass ein zusätzliches Heizen der Umgebungsluft notwendig ist.
Die Anlage kann mindestens einen Wärmeübertrager, auch als Wärmetauscher bezeichnet, aufweisen, welcher eingerichtet ist, um ablaufende chemische Reaktionen von Reaktionsprodukten und/oder Nebenprodukten zu beenden. Der Wärmeübertrager ist in Transportrichtung des Fluids hinter dem elektrisch beheizbaren Reaktor in der Anlage angeordnet. Der Wärmeübertrager kann eingerichtet sein, das heiße, vom elektrisch beheizbaren Reaktor erzeugte, Spaltgas abzukühlen, insbesondere auf eine Temperatur von 350 bis 400 °C. Beispielsweise kann der Wärmeübertrager ein Wärmekühler aufweisen, insbesondere ein Hochdruck- Speisewasserkühler.
Die Anlage kann mindestens eine Trennsektion aufweisen, welche eingerichtet ist, um Reaktionsprodukte und Nebenprodukte zu trennen. Unter einer „Trennsektion“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, im Spaltgas enthaltene Stoffe voneinander zu trennen. Das Trennen kann ein Aufreinigen umfassen. Die Trennsektion kann eingerichtet sein, mindestens einen Trennschritt durchzuführen, beispielsweise mindestens eine Destillation, insbesondere eine Rektifikation. Die Trennsektion kann darüber hinaus eine Absorbtion und/oder Extraktion und einen Verdichter aufweisen, welcher eingerichtet ist, das Spaltgas zu verdichten. Der Verdichter kann dabei bezüglich einer Anordnung im Prozess vor den trennenden Elementen angeordnet sein. Die Trennsektion kann eingerichtet sein, das Spaltprodukt mittels verschiedener verfahrenstechnischer Trennschritte aufzureinigen. Die Trennschritte können eines oder mehrere von Destillation, Extraktion, Rektifikation, Adsorption, Absorption, Verdichtung, Hydrierung und Phasentrennung umfassen. Die trennenden Elemente zur Durchführung der Trennschritte können nach der Spaltung und Verdichtung im Prozess angeordnet sein. Derartige Trennschritte und Prozesse sind dem Fachmann bekannt. Die Trennsektion kann derart eingerichtet sein, dass die zu erzeugenden Hauptprodukte nach Passieren der Trennsektion rein vorliegen.
Die Anlage kann weiter mindestens ein Dampfsystem aufweisen. Das Dampfsystem kann mindestens einen Dampfabscheider, auch als Dampftrommel bezeichnet, aufweisen. Das Dampfsystem kann eingerichtet sein, um Kesselspeisewasser in dem Vorwärmer vorzuwärmen und in die Dampftrommel einzuspeisen. Das Dampfsystem kann mindestens eine Verbindung zwischen Dampftrommel und Wärmeübertrager aufweisen, derart, dass Kesselspeisewasser aus der Dampftrommel in den Wärmeübertrager eingespeist werden kann. Der Wärmeübertrager kann eingerichtet sein, um das Kesselspeisewasser und den gesättigten Dampf zurück in die Dampftrommel zuleiten. Das Dampfsystem kann weiter mindestens eine Verbindung zwischen Dampftrommel und Vorwärmer aufweisen, derart, dass Sattdampf aus der Dampftrommel in den Vorwärmer geleitet werden kann. Der Vorwärmer kann eingerichtet sein, um den Sattdampf zumindest kurzzeitig zu überhitzen. Der so entstehende überhitzte Hochdruckdampf kann aus dem Vorwärmer geleitet werden und zum Antrieb von Turbinen, beispielsweise zur Stromerzeugung genutzt werden.
Die Anlage weist die mindestens eine Wärmeintegrationsvorrichtung auf. Unter ein „Wärmeintegrationsvorrichtung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, erzeugte Nebenprodukte zur Wärmegewinnung zur Herstellung von Reaktionsprodukten zu verwenden, insbesondere wieder- bzw. weiterzuverwenden. Fraktionen des Spaltgases, welche nicht als Reaktionsprodukt gewünscht werden, insbesondere Methan und Wasserstoff, Ethan und Propan, können zum Vorwärmer zurückgeführt werden. Insbesondere können Überschuss-Mengen der, von dem elektrisch beheizbaren Reaktor erzeugten, Methanfraktion zum Vorwärmer zurückgeführt werden. Die Wärmeintegrationsvorrichtung ist eingerichtet, um die Nebenprodukte dem Vorwärmer zumindest teilweise zuzu- führen. Die Wärmeintegrationsvorrichtung kann mindestens eine Leitung aufweisen, welche eingerichtet ist, die Nebenprodukte von dem elektrisch beheizbaren Reaktor, insbesondere von der Trennsektion, zu dem Vorwärmer zumindest teilweise zu leiten und/oder zu transportieren. Unter „zumindest teilweise“ zuzuführen kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden werden, dass Ausführungsformen denkbar sind, in welchen die erzeugten Nebenprodukte vollständig dem Vorwärmer zugeführt werden, und dass Ausführungsformen denkbar sind, in welchen ein Anteil der erzeugten Nebenprodukte dem Vorwärmer zugeführt wird. Der Vorwärmer ist eingerichtet, um zum Vorwärmen des Rohmaterials benötigte Energie zumindest teilweise aus den Nebenprodukten zu nutzen. Der Vorwärmer kann eingerichtet sein, um zum Erwärmen des Rohmaterials und des Prozessdampfs benötigte Energie zumindest teilweise aus den Nebenprodukten zu nutzen. Die zurückgeführten Nebenprodukte können in dem Vorwärmer verbrannt werden und einen Energiebedarf des Verfahrens in dem Vorwärmer zumindest teilweise decken. Überschuß-Mengen der Methanfraktion aus dem Spaltgas können zur Befeuerung des Vorwärmers und Überhitzung genutzt werden. Unter „zumindest teilweise erzeugen“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden werden, dass die Energie vollständig aus den Nebenprodukten erzeugt wird und/oder Ausführungsformen denkbare sind, in welchen dem Vorwärmer weitere Gase zum Verbrennen zugeführt werden, beispielsweise aus einer anderen Anlage, einem konventionellen Reaktor auf Basis von Verbrennungsöfen und/oder einem weiteren elektrisch beheizbaren Reaktor. Nicht zugeführte Nebenprodukte können, beispielsweise zur Herstellung von weiteren Produkten oder als Halbfabrikat, abgeführt werden, beispielsweise in eine weitere Anlage oder einen weiteren Bereich der Anlage. Nebenprodukte können Ethan und/oder Propan sein.
Die Anlage kann mindestens eine Rohstoffintegrationsvorrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, um von dem elektrisch beheizbaren Reaktor nicht umgesetztes Rohmaterial dem Vorwärmer zuzuführen. Unter einer „Rohstoffintegrationsvorrichtung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist nicht umgesetztes Rohmaterial als Rohmaterial zur Herstellung von Reaktionsprodukten zu verwenden, insbesondere wieder- bzw. weiterzuverwenden. Die Rohstoffintegrationsvorrichtung kann mindestens eine Leitung aufweisen, welche eingerichtet ist, das nicht umgesetzte Rohmaterial von dem elektrisch beheizbaren Reaktor, insbesondere von der Trennsektion, zu dem Vorwärmer zumindest teilweise zu leiten und/oder zu transportieren.
Der elektrisch beheizbare Reaktor kann vollständige in bestehende Anlagen, wie konventionelle Steamcracker, integriert werden, obwohl der elektrisch beheizbare Reaktor keine Konvektionszone besitzt. Die vollständige Integration ist insbesondere möglich durch Nutzung von Überschuss-Mengen Methanfraktion und vorhandenem Trennteil. So kann konventionelle Technologie in bekannten Dimensionen außerhalb des Reaktorraumes verwendet werden.
Eine Vervielfältigung (Upnumbering) des elektrischen beheizbaren Reaktors kann möglich sein, analog wie in bestehenden Öfen auf Basis von Gasverbrennung. Die Anlage kann eine Mehrzahl von elektrisch beheizbaren Reaktoren aufweisen. Die Anlage kann zusätzlich mindestens einen Reaktor mit integrierter Konvektionszone aufweisen. Unter einem Reaktor mit integrierter Konvektionszone kann ein Reaktor verstanden werden, welcher eingerichtet ist, die zum Erhitzen des Fluids benötigte Energie aus der Verbrennung von Heizgas, insbesondere Erdgas, Methan, H2 zu erzeugen. Die integrierte Konvektionszone des Reaktors kann dabei durch die Strahlungszone definiert sein.
Eine Hochskalierung (Upscaling) des elektrischen beheizbaren Reaktors kann möglich sein, analog wie in bestehenden Öfen auf Basis von Gasverbrennung. Eine Vergrößerung eines Durchmessers und/oder einer Länge des elektrischen beheizbaren Reaktors kann ein erzeugen von größeren Mengen von Reaktionsprodukten ermöglichen.
In einem weiteren Aspekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Wärmeintegration bei einer Herstellung von Reaktionsprodukten unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Anlage vorgeschlagen. Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, wobei einer oder mehrere der Schritte zumindest teilweise auch gleichzeitig durchgeführt werden können und wobei einer oder mehrere der Schritte mehrfach wiederholt werden können. Darüber hinaus können weitere Schritte unabhängig davon, ob sie in der vorliegenden Beschreibung erwähnt werden oder nicht, zusätzlich ausgeführt werden.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen mindestens eines Rohmaterials einem Vorwärmer über mindestens eine Rohmaterial-Zuführung;
Vorwärmen des Rohmaterials auf eine vorbestimmte Temperatur mit dem Vorwärmer;
Zumindest teilweise Umsetzen des vorgewärmten Rohmaterials in Reaktionsprodukte und Nebenprodukte mit mindestens einem elektrisch beheizbaren Reaktor;
Zumindest teilweise Zuführen der Nebenprodukte zu dem Vorwärmer mit mindestens einer Wärmeintegrationsvorrichtung;
Erzeugen von benötigter Energie zum Vorwärmen des Rohmaterials mit dem Vorwärmer zumindest teilweise aus den Nebenprodukten.
Hinschlich Ausführungsformen und Definitionen kann auf obige Beschreibung der Anlage verwiesen werden.
Die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren weisen zahlreiche Vorteile gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren auf. Die erfindungsgemäße Anlage und das erfindungsgemäße Verfahren erlauben eine Integration von elektrisch beheizbaren Reaktoren, insbesondere eine Wärmeintegration, in chemische Produktionsanlagen. Für ein Vorwärmen benötigte Energie kann durch bei der Herstellung von Reaktionsprodukten ebenfalls anfallende Nebenprodukte gedeckt werden. Eine weitere Zuführung von Brennstoffen zum Vorwärmen und für den Spaltprozess kann, durch die Verwendung eines elektrisch beheizbaren Reaktors, vermieden werden. Strom zum Betreiben des elektrisch beheizbaren Reaktors kann aus regenerativen Energien verwendet werden und/oder durch das vorgeschlagene Dampfsystem selbst erzeugt werden. Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht eine gegenüber Anlagen ba- sierend auf Verbrennungsöfen verbesserte Energiebilanz und verminderte Emissionen wie z.B.
CO2.
Zusammenfassend sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung folgende Ausführungsformen besonders bevorzugt:
Ausführungsform 1 : Anlage zur Herstellung von Reaktionsprodukten, wobei die Anlage mindestens einen Vorwärmer aufweist, wobei die Anlage mindestens eine Rohmaterial-Zuführung aufweist, welche eingerichtet ist, mindestens ein Rohmaterial dem Vorwärmer zuzuführen, wobei der Vorwärmer eingerichtet ist, das Rohmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur vorzuwärmen, wobei die Anlage mindestens einen elektrisch beheizbaren Reaktor aufweist, wobei der elektrisch beheizbare Reaktor eingerichtet ist, um das vorgewärmte Rohmaterial zumindest teilweise in Reaktionsprodukte und Nebenprodukte umzusetzen, wobei die Anlage mindestens eine Wärmeintegrationsvorrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, die Nebenprodukte dem Vorwärmer zumindest teilweise zuzuführen, wobei der Vorwärmer eingerichtet ist, um zum Vorwärmen des Rohmaterials benötigte Energie zumindest teilweise aus den Nebenprodukten zu nutzen.
Ausführungsform 2: Anlage nach der vorhergehenden Ausführungsform, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens eine Rohstoffintegrationsvorrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, um von dem elektrisch beheizbaren Reaktor nicht umgesetztes Rohmaterial dem Vorwärmer zuzuführen.
Ausführungsform 3: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens eine Belüftungsvorrichtung aufweist, wobei die Belüftungsvorrichtung eingerichtet ist, um Umgebungsluft dem Vorwärmer zuzuführen, wobei die Belüftungsvorrichtung weiter eingerichtet ist, zur Kühlung einer Stromversorgung zur Beheizung des elektrisch beheizbaren Reaktors.
Ausführungsform 4: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Reaktor durch Strom beheizbar ist.
Ausführungsform 5: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Reaktor durch Verwendung eines mehrphasigen Wechselstroms und/oder eines 1 -phasen Wechselstroms und/oder eines Gleichstroms und/oder Strahlung und/oder Induktion elektrisch beheizbar ist.
Ausführungsform 6: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Reaktor eingerichtet ist, um das Rohmaterial auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 1700°C zu erwärmen, bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 400 °C bis 875 °C. Ausführungsform 7: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, wobei die Anlage mindestens einen Wärmeübertrager aufweist, welcher eingerichtet ist, um ablaufende chemische Reaktionen von Reaktionsprodukten und/oder Nebenprodukten zu beenden.
Ausführungsform 8: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens eine Trennsektion aufweist, welche eingerichtet ist, um Reaktio ns produkte und Nebenprodukte zu trennen.
Ausführungsform 9: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens eine atmosphärenseitige Verbindung aufweist, welche eingerichtet ist, um einen Atmosphärenaustausch aus dem elektrisch beheizbaren Reaktor zu dem Vorwärmer zu ermöglichen.
Ausführungsform 10: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens eine Sicherheitseinrichtung aufweist, welche eingerichtet ist, um einen Rückstrom des Rohmaterials aus dem elektrisch beheizbaren Reaktor zu dem Vorwärmer zu ermöglichen.
Ausführungsform 11 : Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mindestens eine Prozessdampf-Zuführung aufweist, welche eingerichtet ist, mindestens einen Prozessdampf dem Vorwärmer zuzuführen, wobei der elektrisch beheizbare Reaktor eingerichtet ist, um das Rohmaterial in Anwesenheit des Prozessdampfs in ein Spaltgas umzusetzen, wobei der Vorwärmer eingerichtet ist, um zum Erwärmen des Rohmaterials und des Prozessdampfs benötigte Energie zumindest teilweise aus den Nebenprodukten zu nutzen.
Ausführungsform 12: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial mindestens ein Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Methan, Ethan, Propan, Butan, Naphtha, Ethylbenzol, Gasöl, Kondensate Bioflüssigkeiten, Biogase, Pyrolyseöle, Abfallöle und Flüssigkeiten aus nachwachsenden Rohstoffen.
Ausführungsform 13: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsprodukt mindestens ein Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Acetylen, Ethylen, Propylen, Butene, Butadien, Benzol, Styrol, Synthesegas.
Ausführungsform 14: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenprodukt mindestens ein Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Wasserstoff, Methan, Ethan, Propan
Ausführungsform 15: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren.
Ausführungsform 16: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Mehrzahl von elektrisch beheizbaren Reaktoren aufweist.
Ausführungsform 17: Anlage nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage zusätzlich mindestens einen Reaktor mit integrierter Konvektionszone aufweist.
Ausführungsform 18: Verfahren zur Wärmeintegration bei einer Herstellung von Reaktionsprodukten unter Verwendung einer Anlage gemäß einer der vorhergehenden, eine Anlage betreffenden Ausführungsformen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen mindestens eines Rohmaterials einem Vorwärmer über mindestens eine Rohmaterial-Zuführung;
Vorwärmen des Rohmaterials auf eine vorbestimmte Temperatur mit dem Vorwärmer;
Zumindest teilweise Umsetzen des vorgewärmten Rohmaterials in Reaktionsprodukte und Nebenprodukte mit mindestens einem elektrisch beheizbaren Reaktor;
Zumindest teilweise Zuführen der Nebenprodukte zu dem Vorwärmer mit mindestens einer Wärmeintegrationsvorrichtung;
Erzeugen von benötigter Energie zum Vorwärmen des Rohmaterials mit dem Vorwärmer zumindest teilweise aus den Nebenprodukten.
Kurze Beschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen:
Figuren 1 bis 4 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Anlage; und Figur 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage in Form eines Steamcrackers.
Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anlage 110 zur Herstellung von Reaktionsprodukten, welche in Figur 1 schematisch durch Pfeil 112 dargestellt sind. Die Anlage 110 kann eine chemische Produktionsanlage sein. Beispielsweise kann die Anlage 110 ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steam reformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren. Beispielsweise kann die Anlage 110 eingerichtet sein, mindestens ein Verfahren durchzuführen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: mindestens einer endothermen Reaktion, einer Vorwärmung, Steamcracking, Steamreforming, Dehydrierung, einem Reforming, Trockenreforming, einer Styrolherstelllung, einer Ethylbenzoldehydrierung, Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracking, einem katalytischen Cracking, einer Dehydrierung.
Die Anlage 110 weist mindestens einen Vorwärmer 114 auf. Der Vorwärmer 114 ist eingerichtet, das Rohmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur vorzuwärmen. Das Rohmaterial kann bei Zuführung eine erste Temperatur aufweisen. Beispielsweise kann die erste Temperatur 100 °C sein. Der Vorwärmer 114 kann eingerichtet sein, das Rohmaterial auf eine zweite Temperatur aufzuheizen, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur. Die vorbestimmte Temperatur kann beispielsweise 500 bis 750 °C sein. Die vorbestimmte Temperatur kann abhängig von dem Rohmaterial, der beabsichtigten chemischen Reaktion und/oder den zu erzeugenden Reaktio ns Produkten sein. Der Vorwärmer 114 kann mindestens einen Brenner 116 aufweisen, welcher in Figur 5 dargestellt ist. Der Vorwärmer 114 kann eingerichtet sein, um einen Energiebedarf zum Vorwärmen des Rohmaterials durch Verbrennen von Gasen, beispielsweise von Methan, zu erzeugen. Bei der Herstellung der Reaktionsprodukte ebenfalls anfallende und zurückgeführte Nebenprodukte können in dem Vorwärmer 114 verbrannt werden und die zum Erhitzen benötigte Energie in dem Vorwärmer 114 zumindest teilweise liefern.
Das Rohmaterial kann insbesondere ein Edukt sein, mit welchem die chemische Reaktion durchgeführt werden soll. Das Rohmaterial kann ein flüssiges oder ein gasförmiges Rohmaterial sein. Das Rohmaterial kann mindestens ein Element aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Methan, Ethan, Propan, Butan, Naphtha, Ethylbenzol, Gasöl, Kondensate, Bui- flüssigkeit, Pyrolyseöle, Abfallöle und Flüssigkeiten aus nachwachsenden Rohstoffen. Die Anlage 110 weist mindestens eine Rohmaterial-Zuführung 118 auf, welche in Figur 1 schematisch als Pfeil dargestellt ist. Die Rohmaterial-Zuführung 118 ist eingerichtet, um mindestens ein Rohmaterial dem Vorwärmer 114 zuzuführen. Die Rohmaterial-Zuführung 118 kann mindestens eine Rohrleitung oder ein Rohrleitungssystem aufweisen.
Die Anlage 110 kann mindestens eine Prozessdampf-Zuführung 120 aufweisen, welche eingerichtet ist, mindestens einen Prozessdampf dem Vorwärmer 114 zuzuführen. Die Prozessdampf-Zuführung 120 ist in Figur 1 ebenfalls als Pfeil dargestellt. Der Prozessdampf kann insbesondere Wasserdampf sein, in dessen Gegenwart das Rohmaterial in Reaktionsprodukte und Nebenprodukte umgesetzt werden kann. Der Prozessdampf kann ein heißer Prozessdampf sein, beispielsweise mit einer Temperatur von 180 bis 200 °C. Die Prozessdampf-Zuführung 120 kann eingerichtet sein, den Prozessdampf dem Vorwärmer 114 bereitzustellen. Die Prozessdampf-Zuführung 120 kann mindestens eine Rohrleitung oder ein Rohrleitungssystem aufweisen.
Die Anlage 110 weist den mindestens einen elektrisch beheizbaren Reaktor 122 auf. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 ist eingerichtet, um das vorgewärmte Rohmaterial zumindest teilweise in Reaktionsprodukte und Nebenprodukte umzusetzen. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann eingerichtet sein, um das Rohmaterial in Anwesenheit des Prozessdampfs in ein Spaltgas umzusetzen.
Die Anlagel 10 kann mindestens eine Zuleitung 124, siehe beispielsweise Figuren 4 und 5, aufweisen, welche eingerichtet ist, ein von dem Vorwärmer 114 vorgewärmtes, insbesondere überhitztes, Fluid dem elektrisch beheizbaren Reaktor 122 zu zuführen. Insbesondere kann das von dem Vorwärmer 114 vorgewärmte Rohmaterial und/oder das vorgewärmte Gemisch aus Rohmaterial und Prozessdampf über die Zuleitung 124 dem elektrisch beheizbaren Reaktor 122 zugeführt werden. Das Fluid kann ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium sein. Das Fluid kann insbesondere ein durch den Vorwärmer 114 überhitztes Gemisch aus Rohmaterial und Prozessdampf sein. Beispielsweise kann das Fluid ein thermisch zu spaltender Kohlenwasserstoff, insbesondere ein thermisch zu spaltendes Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, sein. Beispielsweise kann das Fluid Wasser oder Wasserdampf sein und zusätzlich einen thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Gemisch aus thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoffen, aufweisen. Das Fluid kann beispielsweise ein vorgewärmtes Gemisch aus thermisch zu spaltenden Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf sein.
Die Anlage 110 kann eingerichtet sein, mindestens eine chemische Reaktion ablaufen zu lassen, in welcher Hauptprodukte und Nebenprodukte erzeugt werden. Das Reaktio ns produkt kann mindestens ein Element aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Acetylen, Ethylen, Propylen, Butene, Butadien, Benzol, Styrol, Synthesegas. Das Nebenprodukt kann ein weiteres Produkt der chemischen Reaktion sein, welches zusätzlich zu den Reaktionsprodukten anfällt. Beispielsweise kann das Nebenprodukt mindestens ein Element aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Wasserstoff, Methan, Ethan, Propan.
Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann eingerichtet sein, dass in ihm mindestens ein chemischer Prozess ablaufen kann und/oder mindestens eine chemische Umsetzung durchgeführt werden kann. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann ein elektrisch betriebener Reaktor sein. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann eingerichtet sein, ein in dem Reaktor befindliches Fluid mittels elektrischem Strom zu erhitzen. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann durch Strom beheizbar sein. Die Beaufschlagung mit Strom ist in Figur 1 mit Pfeil 130 dargestellt. Grundsätzlich kann Strom aus jeder beliebigen Stromquelle zum Beheizen des Reaktors 122 verwendet werden. Vorteilhafterweise kann Strom aus regenerativen Energien verwendet werden, welches eine Klimaverträglichkeit der Anlage 110 weiter erhöht. Weiter kann durch die Verwendung eines Vorwärmers 114 für die Herstellung der Reaktio ns produkte nur eine anteilige Bestromung für Prozesse in dem elektrisch beheizbaren Reaktor notwendig sein. So kann der Strombedarf limitiert werden. Für den elektrisch beheizbaren Reaktor 122 kann ein von den übrigen Elementen der Anlage 110 unabhängiges Strom- und Transformatorkonzept möglich sein.
Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann mindestens eine Vorrichtung aufweisen, welche eingerichtet ist, das vorgewärmte Rohmaterial aufzunehmen. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann mindestens ein Reaktionsrohr 126, siehe Figur 5, auch als Rohrleitung bezeichnet, aufweisen, in welchem die chemische Reaktion ablaufen kann. Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 126 mindestens eine Rohrleitung 128 und/oder mindestens ein Rohrleitungssegment zur Aufnahme des Fluids umfassen. Das Reaktionsrohr 126 kann weiter eingerichtet sein, das von dem Vorwärmer 114 vorgewärmte Fluid durch den elektrisch beheizbaren Reaktor 122 zu transportieren. Geometrie und/oder Oberflächen und/oder Material des Reaktionsrohres 126 können anhängig von einem zu transportierenden Fluid sein. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann eine Mehrzahl an Rohrleitungen 128 aufweisen. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann L Rohrleitungen 128 aufweisen, wobei L eine natürliche Zahl größer oder gleich zwei ist. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor 122 mindestens zwei, drei, vier, fünf oder auch mehr Rohrleitungen 128 aufweisen. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann beispielsweise bis zu hundert Rohrleitungen 128 aufweisen. Die Rohrleitungen 128 können identisch oder verschieden ausgestaltet sein.
Die Rohrleitungen 128 können symmetrische und/oder unsymmetrische Rohre und/oder Kombinationen davon aufweisen. Bei einer rein symmetrischen Ausgestaltung kann der elektrisch beheizbare Reaktor 122 Rohrleitungen 128 von einem identischen Rohrtyp aufweisen. Der Rohrtyp kann mindestens durch ein Merkmal charakterisiert werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer horizontalen Ausgestaltung der Rohrleitung 128; einer vertikalen Ausgestaltung der Rohrleitung 128; einer Länge im Eintritt (11 ) und/oder Austritt (I2) und/oder Übergang (I3); einem Durchmesser im Eintritt (d1 ) und Austritt (d2) und/oder Übergang (d3); Anzahl n von Pässen; Länge pro Pass; Durchmesser pro Pass; Geometrie; Oberfläche; und Material. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann eine Kombination von mindestens zwei verschiedenen Rohrtypen aufweisen, welche parallel und/oder in Reihe verschaltet sind. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor 122 Rohrleitungen 128 von unterschiedlichen Längen im Eintritt (11 ) und/oder Austritt (I2) und/oder Übergang (I3) aufweisen. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor Rohrleitungen mit einer Asymmetrie der Durchmesser im Eintritt (d1) und/oder Austritt (d2) und/oder Übergang (d3) aufweisen. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor Rohrleitungen 128 mit einer unterschiedlichen Anzahl von Pässen aufweisen. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor 122 Rohrleitungen 128 mit Pässen mit unterschiedlichen Längen pro Pass und/oder unterschiedlichem Durchmesser pro Pass aufweisen. Grundsätzlich sind beliebige Kombinationen parallel und/oder in Reihe von allen Rohrtypen denkbar.
Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann eine Mehrzahl von Einlässen und/oder Auslässen und/oder Produktionsströmen aufweisen. Die Rohrleitungen 128 von verschiedenem oder identischem Rohrtyp können parallel und/oder in Reihe mit mehreren Einlässen und/oder Auslässen angeordnet sein. Rohrleitungen 128 können in verschiedenen Rohrtypen in Form eines Baukastens vorliegen und abhängig von einem Verwendungszweck ausgewählt und beliebig kombiniert werden. Durch eine Verwendung von Rohrleitungen 128 von verschiedenen Rohrtypen kann eine genauere Temperaturführung, und/oder eine Anpassung der Reaktion bei schwankendem Feed und/oder eine selektive Ausbeute der Reaktion und/oder eine optimierte Verfahrenstechnik ermöglicht werden. Die Rohrleitungen 128 können identische oder verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen.
Die Rohrleitungen 128 können durchverbunden sein und so ein Rohrsystem zur Aufnahme des Fluides bilden. Das Rohrsystem kann zu- und abführende Rohrleitungen aufweisen. Das Rohrsystem kann mindestens einen Einlass zur Aufnahme des Fluides aufweisen. Das Rohrsystem kann mindestens einen Auslass zur Ausgabe des Fluides aufweisen. Die Rohrleitungen 128 können derart angeordnet und verbunden sein, dass das Fluid die Rohrleitungen 128 nacheinander durchströmt. Die Rohrleitungen 128 können parallel zueinander verschaltet sein, derart, dass das Fluid mindestens zwei Rohrleitungen 128 parallel durchströmen kann. Die Rohrleitungen 128, insbesondere die parallel geschalteten Rohrleitungen 128, können derart eingerichtet sein, unterschiedliche Fluide parallel zu transportieren. Insbesondere können für einen Transport von verschiedenen Fluiden die parallel geschalteten Rohrleitungen 128, zueinander verschiedene Geometrien und/oder Oberflächen und/oder Materialien aufweisen. Insbesondere für den Transport eines Fluids, können mehrere oder sämtliche der Rohrleitungen 128 parallel konfiguriert sein, so dass das Fluid auf jene parallel konfigurierten Rohrleitungen 128 aufteilbar ist. Auch Kombinationen von einer seriellen und parallelen Schaltung sind denkbar.
Beispielsweise kann das Reaktionsrohr 126 mindestens eine elektrisch leitfähige Rohrleitung 128 zur Aufnahme des Fluids umfassen. Auch Ausgestaltungen als elektrisch nichtleitende Rohrleitungen 128 oder schlechtleitende Rohrleitungen 128 sind jedoch denkbar.
Die Rohrleitungen 128 und entsprechend zu- und abführenden Rohrleitungen 128 können miteinander fluidleitend verbunden sein. Bei einer Verwendung von elektrisch leitfähigen Rohrleitungen 28 können die zu- und abführenden Rohrleitungen 128 galvanisch voneinander getrennt sein. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann mindestens einen Isolator, in den Figuren nicht dargestellt, insbesondere eine Mehrzahl von Isolatoren, aufweisen. Die galvanische Trennung zwischen den jeweiligen Rohrleitungen 128 und den zu- und abführenden Rohrleitungen 128 kann durch die Isolatoren gewährleistet sein. Die Isolatoren können einen freien Durchfluss des Fluids sicherstellen.
Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann durch Verwendung eines mehrphasigen Wechselstroms und/oder eines 1 -phasen Wechselstroms und/oder eines Gleichstroms und/oder Strahlung elektrisch beheizbar sein.
Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann mindestens eine Wechselstrom- und/oder mindestens eine Wechselspannungsquelle aufweisen. Die Wechselstrom- und/oder eine Wechselspannungsquelle kann 1-phasig oder mehrphasig sein. Beispielsweise kann der Wechselstrom ein sinusförmiger Wechselstrom sein. Beispielsweise kann die Wechselspannung eine sinusförmige Wechselspannung sein. Die von der Wechselspannungsquelle erzeugte Spannung bewirkt einen Stromfluss, insbesondere ein Fließen eines Wechselstroms. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann eine Mehrzahl von einphasigen oder mehrphasigen Wechselstrom- oder Wechselspannungsquellen aufweisen. Jeder der Rohrleitungen 128 kann je eine Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle zugeordnet sein, welche mit der jeweiligen Rohrleitung 128 verbunden ist, insbesondere elektrisch über mindestens eine elektrische Verbindung. Weiter sind Ausführungsformen denkbar, in welchen sich mindestens zwei Rohrleitungen 128 eine Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle teilen. Zur Verbindung der Wechselstrom- oder Wechselspannungsquelle und den jeweiligen Rohrleitungen 128 kann der elektrisch beheizbare Reaktor 1222 bis N Hinleiter und 2 bis N Rückleiter aufweisen, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die jeweilige Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquelle kann dazu eingerichtet sein, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung 128 zu erzeugen. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können entweder geregelt oder ungeregelt sein. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können mit oder ohne Regelungsmöglichkeit mindestens einer elektrischen Ausgangsgröße ausgestaltet sein. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann 2 bis M verschiedene Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen aufweisen, wobei M eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die Wechselstrom- und/oder Wechselspannungsquellen können unabhängig voneinander elektrisch regelbar sein. So kann beispielsweise ein verschiedener Strom in den jeweiligen Rohrleitungen 128 erzeugt und verschiedene Temperaturen in den Rohrleitungen 128 erreicht werden. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor 122 wie in WO 2015/197181 A1 , WO 2020/035574 A1 oder wie in EP 20 157 516.4, eingereicht am 14. Februar 2020, beschrieben, deren Inhalt in die Beschreibung durch Verweis einbezogen wird, ausgestaltet sein.
Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann mindestens eine Gleichstrom- und/oder mindestens eine Gleichspannungsquelle aufweisen. Die Gleichstromquelle und/oder die Gleichspannungsquelle sind eingerichtet, einen Gleichstrom in der jeweiligen Rohrleitung 128 zu erzeugen. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann eine Mehrzahl von Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquellen aufweisen. Jeder Rohrleitung 128 kann je eine Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle zugeordnet sein, welche mit der jeweiligen Rohrleitung 128 verbunden ist, insbesondere elektrisch über mindestens eine elektrische Verbindung. Zur Verbindung der Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquellen und der jeweiligen Rohrleitung 128 kann der elektrisch beheizbare Reaktor 1222 bis N positive Pole und/oder Leiter und 2 bis N negative Pole und/oder Leiter aufweisen, wobei N eine natürliche Zahl größer oder gleich drei ist. Die jeweilige Gleichstrom- und/oder Gleichspannungsquelle kann dazu eingerichtet sein, einen elektrischen Strom in der jeweiligen Rohrleitung 128 zu erzeugen. Der erzeugte Strom kann die jeweilige Rohrleitung 128 durch Joulesche Wärme, die bei Durchgang des elektrischen Stromes durch leitendes Rohrmaterial entsteht, zum Erhitzen des Fluides erwärmen. Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor 122 wie in WO 2020/035575 A1 beschrieben, deren Inhalt in die Beschreibung durch Verweis einbezogen wird, ausgestaltet sein.
Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor 122 durch Verwendung von Strahlung elektrisch beheizbar sein, insbesondere durch Verwendung von Induktion, Infrarotstrahlung, und/oder Mikrowellenstrahlung.
Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor 122 durch Verwendung mindestens eines stromleitenden Mediums beheizbar sein. Die Strom- oder Spannungsquelle, Wechselstrom, Wechselspannung oder Gleichstrom, Gleichspannung, kann eingerichtet sein einen elektrischen Strom in dem stromleitenden Medium zu erzeugen, welcher den elektrisch beheizbaren Reaktor 122 durch Joulesche Wärme, welche bei Durchgang des elektrischen Stromes durch das stromleitenden Medium entsteht, erwärmt. Das stromleitende Medium und der elektrisch beheizbare Reaktor 122 können derart zueinander angeordnet sein, dass das stromleitende Medium den elektrisch beheizbaren Reaktor 122 zumindest teilweise umgibt und/oder dass der elektrisch beheizbare Reaktor 122 das stromleitende Medium zumindest teilweise umgibt. Das stromleitende Medium kann einen festen, flüssigen und/oder gasförmigen Aggregatzustand aufweisen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus fest, flüssig und gasförmig und Gemische z.B. Emulsionen und Suspensionen. Das stromleitende Medium kann beispielsweise ein ström leitendes Granulat oder ein stromleitendes Fluid sein. Das stromleitende Medium kann mindestens ein Material aufweisen, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kohlenstoff, Karbide, Silizide, elektrisch leitfähige Öle, Salz-schmelzen, anorganische Salze sowie festflüssige Gemische. Das stromleitende Medium kann einen spezifischer Widerstand p von 0,1 Qmm2/m < p < 1000 Qmm2/m aufweisen, bevorzugt von 10 Qmm2/m < p < 1000 Qmm2/m.
Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann eingerichtet sein, um das Rohmaterial auf eine Temperatur von 200 °C bis 1700 °C zu erwärmen. Der Reaktor 122 kann insbesondere eingerichtet sein, um das vorgewärmte Fluid durch das Erhitzen bis zu einem vorgegebenen oder vorbestimmten Temperaturwert weiter zu erwärmen. Der Temperaturbereich kann abhängig von einer Anwendung sein. Beispielsweise kann das Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 1700°C bevorzugt von 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt von 400 °C bis 875 °C, erhitzt werden.
Beispielsweise kann der elektrisch beheizbare Reaktor 122 Teil eines Steamcrackers sein, wie in Figur 5 gezeigt. Beim Steamcracking können durch thermisches Cracken längerkettige Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Naphtha, Propan, Butan und Ethan sowie Gasöl und Hydrowax, Bioöl, Biodiesel, Flüssigkeit aus nachwachsenden Rohstoffen, Pyrolyseöl, Abfallöl, in Gegenwart von Wasserdampf in kurzkettige Kohlenwasserstoffe umgewandelt werden. Bei dem Steamcracking kann als Reaktionsprodukt Ethylen, Propylen, Butene und/oder Butadien und Benzol erzeugt werden. Als Nebenprodukte kann beispielsweise Methan, Ethan, Propan und/oder Wasserstoff erzeugt werden. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann für eine Verwendung in einem Steamcracker eingerichtet sein, um das vorgewärmte Fluid auf eine Temperatur im Bereich von 550°C bis 1700°C zu erwärmen. Als Rohstoffe, als auch Ausgangsstoffe bezeichnet, kann Bioöl, Biodiesel, Flüssigkeit aus nachwachsenden Rohstoffen, Pyrolyseöl, Abfallöl verwendet werden. Als Hauptprodukt können Butene und als Nebenprodukte Ethan, oder Propan entstehen.
Die Anlage 110 weist mindestens eine Wärmeintegrationsvorrichtung 132 auf, welche eingerichtet ist, die Nebenprodukte dem Vorwärmer 114 zumindest teilweise zuzuführen. Der Vorwärmer ist eingerichtet, um zum Vorwärmen des Rohmaterials benötigte Energie zumindest teilweise aus den Nebenprodukten zu nutzen. Die Wärmeintegrationsvorrichtung 132 kann eingerichtet sein, um erzeugte Nebenprodukte zur Wärmegewinnung zur Herstellung von Reaktionsprodukten zu verwenden, insbesondere wieder- bzw. weiterzuverwenden. Fraktionen des Spaltgases, welche nicht als Reaktionsprodukt gewünscht werden, insbesondere Methan und Wasserstoff, Ethan und Propan können zum Vorwärmer 114 zurückgeführt werden. Insbesondere können Überschuss-Mengen der, von dem elektrisch beheizbaren Reaktor 122 erzeugten, Methanfraktion zum Vorwärmer zurückgeführt werden. Die Wärmeintegrationsvorrichtung 132 ist eingerichtet, um die Nebenprodukte dem Vorwärmer 114 zumindest teilweise zuzuführen. Die Wärmeintegrationsvorrichtung 132 kann mindestens eine Leitung aufweisen, welche eingerichtet ist, die Nebenprodukte von dem elektrisch beheizbaren Reaktor zu dem Vorwärmer 114 zumindest teilweise zu leiten und/oder zu transportieren. Die erzeugten Nebenprodukte können vollständig dem Vorwärmer 114 zugeführt werden oder es kann ein Anteil der erzeugten Nebenprodukte dem Vorwärmer 114 zugeführt werden. Der Vorwärmer 114 ist eingerichtet, um zum Vorwärmen des Rohmaterials benötigte Energie zumindest teilweise aus den Nebenprodukten zu nutzen. Der Vorwärmer 114 kann eingerichtet sein, um zum Erwärmen des Rohmaterials und des Prozessdampfs benötigte Energie zumindest teilweise aus den Nebenprodukten zu nutzen. Die zurückgeführten Nebenprodukte können in dem Vorwärmer 144 verbrannt werden und einen Energiebedarf des Verfahrens in dem Vorwärmer zumindest teilweise decken. Überschuß-Mengen der Methanfraktion aus dem Spaltgas können zur Befeuerung des Vorwärmers 114 und Überhitzung genutzt werden. Dem Vorwärmer können weitere Gase zum Verbrennen zugeführt werden, beispielsweise aus einer anderen Anlage, einem konventionellen Rektor auf Basis von Verbrennungsöfen und/oder einem weiteren elektrisch beheizbaren Reaktor. Das Zuführen von weiteren Gasen ist in Figur 5 durch Pfeil 134 gekennzeichnet. Nicht zugeführte Nebenprodukte können, beispielsweise zur Herstellung von weiteren Produkten oder als Halbfabrikat, abgeführt werden, beispielsweise in eine weitere Anlage oder einen weiteren Bereich der Anlage 110.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anlage 110 in schematischer Darstellung. Hinsichtlich der Beschreibung der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform kann auf die Beschreibung von Figur 1 verwiesen werden. In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform weist die Anlage 110 mindestens einen Wärmeübertrager 136 auf, welcher eingerichtet ist, um ablaufende chemische Reaktionen von Reaktionsprodukten und/oder Nebenprodukten zu beenden. Der Wärmeübertrager 136 ist in Transportrichtung des Fluids hinter dem elektrisch beheizbaren Reaktor 122 in der Anlage 110 angeordnet. Die Anlage 110 kann mindestens eine Leitung 138 aufweisen, welche eingerichtet ist, das Spaltgas von dem Reaktor 122 zu dem Wärmeübertrager 136 zu leiten. Der Wärmeübertrager 136 kann eingerichtet sein, das heiße, vom elektrisch beheizbaren Reaktor 122 erzeugte, Spaltgas abzukühlen, insbesondere auf eine Temperatur von 350 bis 400 °C. Beispielsweise kann der Wärmeübertrager 136 einen Wärmekühler aufweisen, einen Hochdruck-Speisewasserkühler.
Die Anlage 110 kann mindestens eine Trennsektion 140 aufweisen, welche eingerichtet ist, um Reaktionsprodukte und Nebenprodukte zu trennen. Die Trennsektion 140 kann eingerichtet sein, im Spaltgas enthaltene Stoffe voneinander zu trennen. Das Spaltgas kann über eine weitere Leitung 142 der Trennsektion 140 zugeführt werden. Die Trennsektion 140 kann eingerichtet sein, mindestens einen Trennschritt durchzuführen, beispielsweise mindestens eine Destillation, insbesondere eine Rektifikation. Die Trennsektion 140 kann darüber hinaus eine Absorbtion und/oder Extraktion und einen Verdichter aufweisen, welcher eingerichtet ist, das Spaltgas zu verdichten. Derartige Trennschritte und Prozesse sind dem Fachmann bekannt. Die Trennsektion 140 kann derart eingerichtet sein, dass die zu erzeugenden Hauptprodukte nach Passieren der Trennsektion 140 rein vorliegen.
Die Anlage 110 kann mindestens eine Rohstoffintegrationsvorrichtung 144, schematisch dargestellt als Pfeil in Figur 2, aufweisen, welche eingerichtet ist, um von dem elektrisch beheizbaren Reaktor 122 nicht umgesetztes Rohmaterial dem Vorwärmer 114 zuzuführen. Die Rohstoffintegrationsvorrichtung 144 kann eingerichtet sein, nicht umgesetztes Rohmaterial als Rohmaterial zur Herstellung von Reaktionsprodukten zu verwenden, insbesondere wieder- bzw. weiterzuverwenden. Die Rohstoffintegrationsvorrichtung 144 kann mindestens eine Leitung aufweisen, beispielsweise dargestellt in Figur 3, welche eingerichtet ist, das nicht umgesetzte Rohmaterial von dem elektrisch beheizbaren Reaktor 122, insbesondere von der Trennsektion 140, zu dem Vorwärmer 114 zumindest teilweise zu leiten und/oder zu transportieren.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anlage 110 in schematischer Darstellung. Hinsichtlich der Beschreibung der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform kann auf die Beschreibung von Figuren 1 und 2 verwiesen werden. Wie oben ausgeführt, können das Rohmaterial und der Prozessdampf jeweils in Rohrleitungen zu und durch den Vorwärmer 114 geführt werden und von diesem erhitzt werden. Der Vorwärmer 114 kann insbesondere eingerichtet sein, um das Rohmaterial zu überhitzen, dargestellt mit Bezugsziffer 146 in Figur 3. Die Anlage 110 kann eingerichtet sein, um das vorgewärmte Rohmaterial und den vorgewärmten Prozessdampf zu vermischen. Das mit dem Prozessdampf vermischte Rohmaterial kann, beispielsweise über eine weitere Leitung, in eine dem Brenner 116 nahe Zone des Vorwärmers 114 geführt werden und überhitzt werden. Beispielsweise kann das mit dem Prozessdampf vermischte Rohmaterial auf eine Temperatur etwas unterhalb einer Spalttemperatur überhitzt werden. Das überhitzte Fluid kann anschließend in einen elektrisch beheizbaren Reaktor 122 geführt und dort gespalten werden.
Die Anlage 110 kann weiter mindestens ein Dampfsystem 148 aufweisen. Das Dampfsystem 148 kann mindestens einen Dampfabscheider, auch als Dampftrommel 150 bezeichnet, aufweisen, dargestellt beispielsweise in Figuren 4 und 5. Das Dampfsystem 148 kann eingerichtet sein, um Kesselspeisewasser 152 in dem Vorwärmer 114 vorzuwärmen und in die Dampftrommel 150 einzuspeisen. Das Dampfsystem 148 kann mindestens eine Verbindung 154 zwischen Dampftrommel 150 und Wärmeübertrager 136 aufweisen, derart, dass Kesselspeisewasser aus der Dampftrommel 150 in den Wärmeübertrager 136 eingespeist werden kann. Der Wärmeübertrager 136 kann eingerichtet sein, um das Kesselspeisewasser und den gesättigten Dampf zurück in die Dampftrommel 150 zuleiten, beispielsweise über mindestens eine Leitung 156. Das Dampfsystem 148 kann weiter mindestens eine Verbindung 158 zwischen Dampftrommel 150 und Vorwärmer 114 aufweisen, derart, dass Sattdampf aus der Dampftrommel 150 in den Vorwärmer 114 geleitet werden kann. Der Vorwärmer 114 kann eingerichtet sein, um den Sattdampf zumindest kurzzeitig zu überhitzen. Der so entstehende überhitzte Hochdruckdampf kann aus dem Vorwärmer 114 geleitet werden und zum Antrieb von T urbinen, beispielsweise zur Stromerzeugung genutzt werden, dargestellt mit Pfeil 160.
Weiter kann wie in Figur 3 dargestellt die Anlage 110 mindestens einen Kühlkreislauf 162 aufweisen. Ein Kühlkreislauf 162, auch als Kältekreislauf bezeichnet, kann ein offener oder geschlossener Kreislauf mit einem oder mehreren geeigneten Kältemitteln sein. Außerdem kann der Kältekreislauf einen oder mehrere Kondensations- und Verdampfungsschritten umfassen. Einzelne unterschiedliche Prozessstufen können nach Kondensation des Kältemittels bei Enddruck eines Verdichters mit flüssigem Kältemittel versorgt werden. Das Kältemittel kann in einzelnen Prozessstufen verdampft werden und liefert durch Verdampfung auf unterschiedlichen Druckstufen in den Prozessstufen benötigte Kälteleistung. Das in den Kälteverbrauchern verdampfte Kältemittel kann von einem mehrstufigen Verdichter wieder auf den erforderlichen Enddruck verdichtet werden.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Anlage 110 in schematischer Darstellung. Hinsichtlich der Beschreibung der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform kann auf die Beschreibung von Figuren 1 bis 3 verwiesen werden. Figur 4 zeigt verschiedene Zonen des Vorwärmers 114 mit abnehmender Temperatur von unten nach oben. Im einem dem Brenner 116 entferntesten Bereich 164 kann ein Erwärmen des Kesselspeisewassers 152 erfolgen. In einem darunterliegenden Bereich 166 kann der Einlass des Rohmaterials und ein Vorwärmen des Rohmaterials erfolgen. Der Bereich 168 kennzeichnet den Einlass des von der Dampftrommel 150 eingespeisten Sattdampfes, welcher im Bereich 170 überhitzt werden kann. In einem dem Brenner 116 nächsten Bereich 172 kann das mit dem Prozessdampf vermischte Rohmaterial auf eine Temperatur etwas unterhalb einer Spalttemperatur überhitzt werden. Der Vorwärmer 114 kann einen Kamin aufweisen, durch welchen Abgas 174 aus dem Vorwärmer 114 abgeleitet werden kann. Beispielsweise kann für ein Cracking von Naphtha als Rohmaterial eine Energienutzung der Methanfraktion folgendermaßen sein: Aus dem Herstellungsprozess steht Energie der Methanfraktion zur Verfügung. Diese kann z.B. 20 % oder bis zu 20% anteilig zum Erwärmen des Kesselspeisewassers 152 und zum Erzeugen des überhitzen Dampfes in den Bereichen 168 und 170 genutzt werden. Für das Vorwärmen und Überhitzen des Rohmaterials können z.B. 80 % oder bis zu 80% Anteile der Energie der Methanfraktion genutzt werden.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage in Form eines Steamcrackers. Hinsichtlich der Beschreibung der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform kann auf die Beschreibung von Figuren 1 bis 4 verwiesen werden. Der elektrisch beheizbare Reaktor 122 kann vollständig in bestehende Anlagen, wie konventionelle Steamcracker, integriert werden, obwohl der elektrisch beheizbare Reaktor 122 keine Konvektionszone besitzt. Die vollständige Integration ist insbesondere möglich durch Nutzung von Überschuss-Mengen Methanfraktion und vorhandenem Trennteil 140. So kann konventionelle Technologie in bekannten Dimensionen außerhalb des Reaktorraumes verwendet werden.
In der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform kann in dem elektrisch beheizbare Reaktor 122 die Rohrleitung 128 beispielsweise durch Wechselstrom beheizt werden. Es werden drei Leiter L1 , L2, L3 gezeigt, welche mit der Rohrleitung 128 verbunden sind. Die Anlage 110 kann mindestens eine Belüftungsvorrichtung 176 aufweisen. Die Belüftungsvorrichtung 176 kann eingerichtet sein, ein beliebiges Element der Anlage 110 zu kühlen. Die Belüftungsvorrichtung 176 kann eingerichtet sein zur Kühlung einer Stromversorgung zur Beheizung des elektrisch beheizbaren Reaktors 122. Die Belüftungsvorrichtung 176 kann eingerichtet sein, um eine Betriebstemperatur, insbesondere einen Temperaturbereich, der Stromversorgung zu gewährleisten. So kann ein Überhitzen der Stromversorgung vermieden werden. Die Belüftungsvorrichtung 176 kann eingerichtet sein, die Stromversorgung mittels Luft, insbesondere Umgebungsluft 178, zu kühlen. Während und/oder durch den Kühlprozess kann die Umgebungsluft aufgeheizt werden. Die Belüftungsvorrichtung 176 kann eingerichtet sein, um die Umgebungsluft, insbesondere die durch die Stromkühlung aufgeheizte Umgebungsluft, dem Vorwärmer 114 zuzuführen, beispielsweise mittels Leitung 180. Die aufgeheizte Umgebungsluft kann direkt im Vorwärmer 114 verwendet werden, ohne dass ein zusätzliches Heizen der Umgebungsluft notwendig ist.
Die Anlage 110 kann mindestens eine atmosphärenseitige Verbindung aufweisen, welche eingerichtet ist, um einen Atmosphärenaustausch, insbesondere von Reaktionsraumatmosphäre von dem Reaktionsraum des Reaktors 122 in den Vorwärmer 114, zu ermöglichen. Insbesondere kann so eine Ableitung einer Reaktionsraumatmosphäre mit dem Rauchgasstrom des Vorwärmers 114 erfolgen. Die Anlage 110 kann mindestens eine Sicherheitseinrichtung 182 aufweisen, welche eingerichtet ist, um einen Rückstrom des Rohmaterials aus dem elektrisch beheizbaren Reaktor 122 zu dem Vorwärmer 114 zu ermöglichen. Die Sicherheitseinrichtung 182 kann eingerichtet sein, um in einem Störfall eine Evakuierung des elektrisch beheizbaren Reaktors 122 zu ermöglichen. Bezugszeichenliste
110 Anlage
112 Reaktionsprodukt
114 Vorwärmer
116 Brenner
118 Rohmaterial-Zuführung
120 Prozessdampf-Zuführung
122 elektrisch beheizbarer Reaktor
124 Zuleitung
126 Reaktionsrohr
128 Rohrleitung
130 Beaufschlagung mit Strom
132 Wärmeintegrationsvorrichtung
134 Zuführen von weiteren Gasen
136 Wärmeübertrager
138 Leitung
140 Trennsektion
142 Leitung
144 Rohstoffintegrationsvorrichtung
146 Rohmaterial überhitzen
148 Dampfsystem
150 Dampftrommel
152 Kesselspeisewasser
154 Verbindung
156 Leitung
158 Verbindung
160 Hochdruckdampf
162 Kühlkreislauf
164 Bereich
166 Bereich
168 Bereich
170 Bereich
172 Bereich
174 Abgas
176 Belüftungsvorrichtung
178 Umgebungsluft
180 Leitung
182 Sicherheitseinrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Anlage (110) zur Herstellung von Reaktionsprodukten, wobei die Anlage (110) mindestens einen Vorwärmer (114) aufweist, wobei die Anlage (110) mindestens eine Rohmaterial-Zuführung (118) aufweist, welche eingerichtet ist, mindestens ein Rohmaterial dem Vorwärmer (114) zuzuführen, wobei der Vorwärmer (114) eingerichtet ist, das Rohmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur vorzuwärmen, wobei die Anlage (110) mindestens einen elektrisch beheizbaren Reaktor (122) aufweist, wobei der elektrisch beheizbare Reaktor (122) ein elektrisch betriebener Reaktor ist, wobei der elektrisch beheizbare Reaktor (122) eingerichtet ist, ein in dem Reaktor (122) befindliches Fluid mittels elektrischem Strom zu erhitzen, wobei der elektrisch beheizbare Reaktor (122) eingerichtet ist, um das vorgewärmte Rohmaterial zumindest teilweise in Reaktionsprodukte und Nebenprodukte umzusetzen, wobei die Anlage (110) mindestens eine Wärmeintegrationsvorrichtung (132) aufweist, welche eingerichtet ist, die Nebenprodukte dem Vorwärmer (114) zumindest teilweise zuzuführen, wobei der Vorwärmer (114) eingerichtet ist, um zum Vorwärmen des Rohmaterials benötigte Energie zumindest teilweise aus den Nebenprodukten zu nutzen.
2. Anlage (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (110) mindestens eine Rohstoffintegrationsvorrichtung (144) aufweist, welche eingerichtet ist, um von dem elektrisch beheizbaren Reaktor (122) nicht umgesetztes Rohmaterial dem Vorwärmer (114) zuzuführen.
3. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (110) mindestens eine Belüftungsvorrichtung (176) aufweist, wobei die Belüftungsvorrichtung (176) eingerichtet ist, um Umgebungsluft dem Vorwärmer (114) zuzuführen, wobei die Belüftungsvorrichtung (176) weiter eingerichtet ist, zur Kühlung einer Stromversorgung zur Beheizung des elektrisch beheizbaren Reaktors (122).
4. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Reaktor (122) durch Strom beheizbar ist.
5. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Reaktor (122) durch Verwendung eines mehrphasigen Wechselstroms und/oder eines 1 -phasen Wechselstroms und/oder eines Gleichstroms und/oder Strahlung und/oder Induktion elektrisch beheizbar ist.
6. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Reaktor (122) eingerichtet ist, um das Rohmaterial auf eine Temperatur im Bereich von 200°C bis 1700°C zu erwärmen, bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 300 °C bis 1400 °C, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 400 °C bis 875 °C. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (110) mindestens eine atmosphärenseitige Verbindung aufweist, welche eingerichtet ist, um einen Atmosphärenaustausch aus dem elektrisch beheizbaren Reaktor (122) zu dem Vorwärmer (114) zu ermöglichen. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (110) mindestens eine Sicherheitseinrichtung (182) aufweist, welche eingerichtet ist, um einen Rückstrom des Rohmaterials aus dem elektrisch beheizten Rohrsystem des Reaktors (122) zu dem Vorwärmer (114) zu ermöglichen. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (110) mindestens eine Prozessdampf-Zuführung (120) aufweist, welche eingerichtet ist, mindestens einen Prozessdampf dem Vorwärmer (114) zuzuführen, wobei der elektrisch beheizbare Reaktor (122) eingerichtet ist, um das Rohmaterial in Anwesenheit des Prozessdampfs in ein Spaltgas umzusetzen, wobei der Vorwärmer (114) eingerichtet ist, um zum Erwärmen des Rohmaterials und des Prozessdampfs benötigte Energie zumindest teilweise aus den Nebenprodukten zu nutzen. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohmaterial-Zuführung (118) eingerichtet ist, das mindestens eine Rohmaterial dem Vorwärmer (114) zuzuführen, wobei das Rohmaterial mindestens ein Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Methan, Ethan, Propan, Butan, Naphtha, Ethylbenzol, Gasöl, Kondensate Bioflüssigkeiten, Biogase, Pyrolyseöle, Abfallöle und Flüssigkeiten aus nachwachsenden Rohstoffen. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Reaktor (122) eingerichtet ist, um das vorgewärmte Rohmaterial zumindest teilweise in Reaktionsprodukte umzusetzen, wobei das Reaktionsprodukt mindestens ein Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Acetylen, Ethylen, Propylen, Butene, Butadien, Benzol, Styrol, Synthesegas. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch beheizbare Reaktor (122) eingerichtet ist, um das vorgewärmte Rohmaterial zumindest teilweise in Nebenprodukte umzusetzen, wobei das Nebenprodukt mindestens ein Element aufweist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Wasserstoff, Methan, Ethan, Propan. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (110) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einer Anlage zur Durchführung von mindestens einer endothermen Reaktion, einer Anlage zur Aufwärmung, einer Anlage zur Vorwärmung, einem Steamcracker, einem Steamreformer, einer Vorrichtung zur Alkandehydrierung, einem Reformer, einer Vorrichtung zum Trockenreforming, einer Vorrichtung zur Styrolherstellung, einer Vorrichtung zur Ethylbenzoldehydrierung, einer Vorrichtung zum Spalten von Harnstoffen, Isocyanate, Melamin, einem Cracker, einem katalytischen Cracker, einer Vorrichtung zum Dehydrieren. Anlage (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (110) eine Mehrzahl von elektrisch beheizbaren Reaktoren (122) aufweist, und/oder dass die Anlage (110) zusätzlich mindestens einen Reaktor mit integrierter Konvektionszone aufweist. Verfahren zur Wärmeintegration bei einer Herstellung von Reaktionsprodukten unter Verwendung einer Anlage (110) gemäß einem der vorhergehenden, eine Anlage betreffenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen mindestens eines Rohmaterials einem Vorwärmer (114) über mindestens eine Rohmaterial-Zuführung;
- Vorwärmen des Rohmaterials auf eine vorbestimmte Temperatur mit dem Vorwärmer (114);
- Zumindest teilweise Umsetzen des vorgewärmten Rohmaterials in Reaktionsprodukte und Nebenprodukte mit mindestens einem elektrisch beheizbaren Reaktor (122), wobei der elektrisch beheizbare Reaktor (122) ein elektrisch betriebener Reaktor ist, wobei der elektrisch beheizbare Reaktor (122) eingerichtet ist, ein in dem Reaktor (122) befindliches Fluid mittels elektrischem Strom zu erhitzen;
- Zumindest teilweise Zuführen der Nebenprodukte zu dem Vorwärmer (114) mit mindestens einer Wärmeintegrationsvorrichtung;
- Erzeugen von benötigter Energie zum Vorwärmen des Rohmaterials mit dem Vorwärmer (114) zumindest teilweise aus den Nebenprodukten.
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