特許 7371088 パイプライン内の流体を加熱するための装置と方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-20

(45)【発行日】2023-10-30

(54)【発明の名称】パイプライン内の流体を加熱するための装置と方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 6/10 20060101AFI20231023BHJP

【ＦＩ】

H05B6/10 371

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021507840

(86)(22)【出願日】2019-08-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-12-09

(86)【国際出願番号】 EP2019071970

(87)【国際公開番号】W WO2020035574

(87)【国際公開日】2020-02-20

【審査請求日】2022-08-12

(31)【優先権主張番号】18189369.4

(32)【優先日】2018-08-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】521037411

【氏名又は名称】ベーアーエスエフ・エスエー

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100133086

【弁理士】

【氏名又は名称】堀江 健太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100163522

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 晋平

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー・ヴェック

(72)【発明者】

【氏名】ハインリヒ・ライプ

【審査官】河内 誠

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１０１３１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－２２９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２３５２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８１２８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ６／００～６／１０、６／１４～６／４４

Ｆ２４Ｈ １／０６～１／１６、８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を加熱するための装置（１１２）であって、装置は設備の一部であって、設備は、スチームクラッキング、蒸気改質、アルカン脱水素からなる群から選択される少なくとも１つのプロセスを実行するように構成され、
装置は、
・流体を受け取るための少なくとも１つの導電性パイプライン（１２０）
・少なくとも１つの導電性コイル（１１０）
・少なくとも１つのＡＣ電圧源であって、コイル（１１０）に接続され、コイル（１１０）に印加されるＡＣ電圧用に設計された、少なくとも１つのＡＣ電圧源（１１４）、
を含み、
コイル（１１０）は、ＡＣ電圧を印加することによって少なくとも１つの電磁場を生成するように設計され、パイプライン（１２０）およびコイル（１１０）は、コイル（１１０）の電磁場がパイプライン（１２０）に電流を誘導するように配置され、電流は、流体を加熱するために、電流が導体パイプ材料を通過するときに生成されるジュール熱によってパイプライン（１２０）を加温する、装置（１１２）であって、
装置（１１２）が複数のコイル（１１０）を含み、コイル（１１０）は、実質的に平面のコイルアレイ（１１８）を形成しており、
装置（１１２）は、複数のＡＣ電圧源（１１４）を含み、コイルアレイ（１１８）の各コイル（１１０）にはＡＣ電圧源（１１４）が割り当てられ、ＡＣ電圧源（１１４）は、それぞれの場合において、ＡＣ電圧のレベルおよび／または周波数を適合させるための閉ループ制御の可能性を有して構成され、ＡＣ電圧源は、互いに独立して電気的に制御可能である、
装置（１１２）。

【請求項2】

コイルアレイ（１１８）は、パイプライン（１２０）がたどる経路に適合されている、請求項１に記載の装置（１１２）。

【請求項3】

装置（１１２）が複数のパイプライン（１２０）を含み、パイプライン（１２０）が貫通接続されており、その結果流体を受け取るための実質的に平面のパイプシステム（１２２）を形成する、請求項１または２に記載の装置（１１２）。

【請求項4】

装置（１１２）が複数のコイルアレイ（１１８）および／またはパイプシステム（１２２）を含み、コイルアレイ（１１８）およびパイプシステム（１２２）が少なくとも１つのスタック（１３８）において水平方向に交互に配置されている、請求項３に記載の装置（１１２）。

【請求項5】

装置（１１２）が、パイプライン（１２０）の温度からコイル（１１０）を分離するように設計された少なくとも１つの断熱材（１４４）を含み、断熱材（１４４）は、セラミック繊維マット、セラミック発泡体、耐火レンガ、耐火コンクリートからなる群から選択される少なくとも１つの要素を含む、請求項１から４の何れか一項に記載の装置（１１２）。

【請求項6】

コイル（１１０）が少なくとも１つの導体パイプ（１４６）を含み、装置（１１２）が導体パイプ（１４６）を通して少なくとも１つの冷却剤を通すように設計されている、請求項１から５の何れか一項に記載の装置（１１２）。

【請求項7】

導体パイプ（１４６）が耐圧構成である、請求項６に記載の装置（１１２）。

【請求項8】

パイプライン（１２０）がガス空間（１２８）内に配置され、パイプライン（１２０）がガス空間（１２８）内に自由に懸架されて配置される、請求項１から７の何れか一項に記載の装置（１１２）。

【請求項9】

ガス空間（１２８）の長さ（１３０）および／または幅（１３４）および／または高さ（１３２）が、加温に起因する位置および長さの変化を可能にするように構成される、請求項８に記載の装置（１１２）。

【請求項10】

装置（１１２）は、ガス空間（１２８）を通って化学的に不活性で酸素を含まない不活性ガスが流れるように設計されている、請求項８または９に記載の装置（１１２）。

【請求項11】

装置（１１２）が少なくとも１つの漏れ検出装置（１３６）を含み、漏れ検出装置（１３６）がガス空間の出口でガス組成を監視するように設計されている、請求項８から１０の何れか一項に記載の装置（１１２）。

【請求項12】

請求項１から１１の何れか一項に記載の装置（１１２）を少なくとも１つ含む設備であって、設備が、スチームクラッカー、蒸気改質器、アルカン脱水素のための装置からなる群から選択される、設備。

【請求項13】

請求項１から１１の何れか一項に記載の装置（１１２）を用いることによって流体を加熱する方法であって、以下のステップを含む方法：
・流体を受け取るための少なくとも１つの導電性パイプライン（１２０）を提供するステップ；
・パイプライン（１２０）で流体を受け取るステップ；
・少なくとも１つの導電性コイル（１１０）を提供するステップ；
・少なくとも１つのＡＣ電圧源（１１４）を提供し、コイル（１１０）はＡＣ電圧源（１１４）に接続され、ＡＣ電圧をコイル（１１０）に印加するステップ；
・コイル（１１０）にＡＣ電圧を印加することにより、少なくとも１つの電磁場を生成するステップ；
・コイル（１１０）の電磁場によってパイプライン（１２０）に電流を誘導するステップであって、流体を加熱するために、電流が導体パイプ材料を通過するときに生成されるジュール熱によってパイプライン（１２０）を加温する、ステップ。

【請求項14】

装置が、改質炉の一部であり、蒸気改質は流体を２００℃から８００℃の範囲の温度まで加温することを含むか、または、装置が、スチームクラッカーの一部であり、スチームクラッキングは流体を５５０℃から１１００℃の範囲の温度まで加温することを含むか、または、装置が、流体を４００℃から７００℃の範囲の温度に加温するように構成されているアルカン脱水素化のための装置の一部である、請求項１に記載の装置（１１２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、パイプライン内の流体を加熱するための装置および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

化学工業では、直接燃焼によって高温プロセスを加熱することが知られている。これらの高温プロセスの殆どは、スチームクラッカー、蒸気メタン改質器、脱水素プラント、プラットフォーミングなどの管状炉を使用する。これらの炉の煙道ガスは、一般に、それぞれのプロセスのＣＯ_２排出の主な原因であり、例えば水性ガスシフト反応からの材料ベースのプロセス関連のＣＯ_２排出とは対照的に、必要なプロセスエネルギーを電気エネルギーの形で結合することにより回避できる。これらの炉のパイプは導電性の金属で構成されており、電流によって直接加熱できることが知られている。

【0003】

例えば、国際公開第２０１５／１９７１８１号は、流体を受け取るための少なくとも１つの導電性パイプライン、および少なくとも１つのパイプラインに接続された少なくとも１つの電圧源を用いて流体を加熱するためのデバイスを記載している。少なくとも１つの電圧源は、流体を加熱するために少なくとも１つのパイプラインを加温する電流を少なくとも１つのパイプライン内に生成するように設計されている。少なくとも１つの電圧源は、Ｍ個の外部導体を有し、Ｍは２以上の自然数である。少なくとも１つの電圧源は、外部導体にＡＣ電圧を提供するように設計されている。それらのＡＣ電圧は、相互に２π／Ｍだけ位相シフトされる。外部導体は、スター回路を形成するように、導電性の方法で少なくとも１つのパイプラインに接続されている。

【0004】

特開平０８－２４７５４６号公報は、金属から製造された平らな楕円形の巻かれたパイプによって形成されるパイプラインについて記載する。各曲面に沿ってらせん状に巻かれた加熱コイルは、パイプラインの列の内周面および外周面に取り付けられ、複数のパイプラインが隣り合って設置されている。

【0005】

しかしながら、電流によるそのようなパイプの加熱は、既知の高度に最適化されたパイプサスペンションの電気絶縁、および電流の導入のためのパイプの電気的接触も必要とする。パイプの材質と断面積もまた、プロセス条件によって実質的に決定される。ただし、必要な圧縮強度のために、断面積が大きいと抵抗が小さくなり、その結果、低電圧で必要な電流が非常に大きくなる。したがって、給電線の大きな導体断面積が必要になる場合があり、これにより同じ複雑な大電流システム部品および変圧器で高損失が発生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際公開第２０１５／１９７１８１号

【文献】特開平０８－２４７５４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

したがって、本発明の目的は、既知の装置および方法の不利な点を少なくとも大部分回避する、流体を加熱するための装置および方法を提供することである。特に、装置および方法は、技術的に実現が容易であり、実施が容易であり、また安価であることを意図している。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的は、独立請求項の特徴を備えた装置によって実現された。装置の好ましい改良は、とりわけ、関連する従属請求項および従属請求項の引用関係の参照で特定されている。

【0009】

以下において、「持つ」、「備える」、または「含む」という用語、またはそれらの文法上の任意のバリエーションは、非排他的な方法で使用される。したがって、これらの用語は、これらの用語によって導入された特徴以外にそれ以上の特徴がない状況、または１つまたは複数のさらなる特徴がある状況の両方に関連し得る。例えば、「ＡがＢを有する」、「ＡがＢを備える」または「ＡがＢを含む」という表現は、Ｂを除いて、Ａにさらなる要素がない状況（すなわち、ＡがＢのみからなる状況）、および、Ｂに加えて、Ａに１つ以上の要素、例えば要素Ｃ、要素ＣおよびＤ、またはさらに要素が存在する状況の両方に関連し得る。

【0010】

「少なくとも１つ」および「１つ以上」という用語、およびこれらの用語または類似の用語の文法上のバリエーションは、それらが１つまたは複数の要素または特徴に関連して使用されかつその要素または特徴が１回または複数回提供され得ることを表現することを意図する場合、例えば、特徴または要素が初めて導入されるとき、一般的に１回だけ使用される。特徴または要素がその後再び言及されるとき、対応する用語「少なくとも１つ」または「１つ以上」は、特徴または要素が１回以上提供され得る可能性を制限することなく、一般にはもはや使用されない。

【0011】

さらに、以下では、「好ましくは」、「特に」、「例えば」または同様の用語が、代替の実施形態がそれによって制限されることなく、任意の特徴に関連して使用される。したがって、これらの用語によって導入される特徴は任意選択の特徴であり、これらの特徴により、請求項、特に独立請求項の保護の範囲を制限することを意図したものではない。したがって、当業者が理解するように、本発明は、他の構成を使用することによっても実施することができる。同様に、「本発明の実施形態において」または「本発明の実施例において」によって導入される特徴は、代替の構成または独立請求項の保護の範囲がそれらによって制限されることを意図することなく、任意選択の特徴として理解される。さらに、それによって導入された特徴を他の特徴と組み合わせる可能性はすべて、任意選択または非任意選択の特徴であるかどうかにかかわらず、これらの導入表現の影響を受けないようにすることが意図される。

【0012】

本発明の第１の態様では、流体を加熱するための装置が提案されている。本発明の範囲内で、「流体」は、気体および／または液体媒体、例えばプロセスガスを意味すると理解される。流体は、例えば、水、蒸気、燃焼用空気、炭化水素混合物、分解される炭化水素からなる群から選択することができる。例えば、流体は、熱的および／または触媒的に分解される炭化水素、特に熱的および／または触媒的に分解される炭化水素の混合物であり得る。例えば、流体は、水または蒸気であり得、さらに、熱的および／または触媒的に分解される炭化水素、特に熱的および／または触媒的に分解される炭化水素の混合物を含み得る。流体は、例えば、熱的および／または触媒的に分解される炭化水素および蒸気の予熱された混合物であってよい。他の流体も考えられる。

【0013】

「流体の加熱」は、流体の温度の変化、特に流体の温度の上昇、例えば流体の加温につながるプロセスを意味すると理解することができる。例えば、加熱によって、流体は、規定のまたは所定の温度値まで加温され得る。規定のまたは所定の温度値は、高温の値であり得る。装置は、流体を２００℃から１１００℃、好ましくは２００℃から９００℃、より好ましくは４００℃から８５０℃の範囲の温度に加熱するように設計され得る。例えば、流体は、５５０℃から７００℃の範囲の温度に加熱され得る。例えば、流体は、例えば、２００℃から９００℃、好ましくは４００℃から８５０℃の範囲の温度に予熱または加熱された改質炉の燃焼用空気であり得る。ただし、他の温度や温度範囲も考えられる。装置は、パイプラインあたり０．５ＭＷ以上の加熱能力を有し得、装置は、複数のパイプラインから構成することができるパイプラインシステムを有し得る。

【0014】

装置は設備の一部であり得る。例えば、設備は、スチームクラッカー、蒸気改質器、アルカン脱水素化のための装置からなる群から選択することができる。例えば、設備は、スチームクラッキング、蒸気改質、アルカン脱水素からなる群から選択される少なくとも１つのプロセスを実行するように設計することができる。

【0015】

装置は、例えば、スチームクラッカーの一部であり得る。「スチームクラッキング」とは、例えば、ナフサ、プロパン、ブタン、およびエタンなどの長鎖炭化水素、並びにガスオイルやハイドロワックスが、蒸気存在下での熱分解によって短鎖炭化水素に変換されるプロセスを意味すると理解できる。スチームクラッキングでは、水素、メタン、エテン、およびプロペンを、主生成物並びにとりわけブテンおよび熱分解ベンゼンとして製造することができる。スチームクラッカーは、流体を５５０℃から１１００℃の範囲の温度に加温するように設計することができる。

【0016】

例えば、装置は、改質炉の一部であり得る。「蒸気改質」は、水および炭素含有エネルギー担体、特に天然ガス、軽質ガソリン、メタノール、バイオガスおよびバイオマスなどの炭化水素から蒸気および二酸化炭素を製造するためのプロセスを意味すると理解することができる。例えば、流体は、２００℃から８００℃、好ましくは４００℃から７００℃の範囲の温度まで加温され得る。

【0017】

例えば、装置は、アルカン脱水素化のための装置の一部であり得る。「アルカン脱水素化」は、アルカンを脱水素化することによってアルケンを生成するプロセス、例えば、ブタンをブテン（ＢＤＨ）に脱水素化するか、またはプロパンをプロペン（ＰＤＨ）に脱水素化することを意味すると理解することができる。アルカン脱水素化のための装置は、流体を４００℃から７００℃の範囲の温度に加温するように設計することができる。

【0018】

装置は以下を含む：
・流体を受け取るための少なくとも１つの導電性パイプライン
・少なくとも１つの導電性コイル
・コイルに接続され、コイルに印加されるＡＣ電圧用に設計された少なくとも１つのＡＣ電圧源。

【0019】

コイルは、ＡＣ電圧を印加することによって少なくとも１つの電磁場を生成するように設計される。パイプラインおよびコイルは、コイルの電磁場がパイプラインに電流を誘導するように配置される。渦電流としても知られる電流は、流体を加熱するために、電流が導体パイプ材料を通過するときに生成されるジュール熱によってパイプラインを加温する。

【0020】

このようにして、パイプラインは、導電性ではない流体が流れることによっても加温されることができる。

【0021】

本発明の範囲内で、パイプラインは、流体を受け取り、輸送するために設計された任意の成形デバイスを意味すると理解することができる。パイプラインはプロセスパイプの場合がある。パイプラインは、少なくとも１つのパイプラインセグメントを含み得る。パイプラインセグメントは、パイプラインの一部を意味すると理解できる。パイプラインの形状および／または表面および／または材料は、輸送される流体に依存し得る。「導電性パイプライン」は、パイプライン、特にパイプラインの材料が電流を伝導するように設計されていることを意味すると理解することができる。パイプラインは、改質炉の反応パイプとして設計することができる。パイプラインは、反応パイプおよび／または管状反応器として設計することができる。パイプラインは、特に、化学反応が実行され、および／またはその中で進行するように設計することができる。

【0022】

装置は、複数のパイプラインを含み得る。装置は、Ｌ個のパイプラインを含み得、Ｌは、１以上の自然数である。例えば、装置は、少なくとも１個、２個、３個、４個、５個、またはそれ以上のパイプラインを含み得る。装置は、例えば、最大数百のパイプラインを含み得る。パイプラインは、同じように構成することも、異なる方法で構成することもできる。パイプラインは、様々な数の脚部または巻線を含み得る。パイプラインは、様々な数の分岐を含み得る。パイプラインは、いわゆるシングルパスまたはマルチパスのパイプとして構成することができる。パイプラインは、同一または異なる形状および／または表面および／または材料を含み得る。パイプラインは、貫通接続されていてもよく、したがって、流体を受け取るための実質的に平面のパイプシステムを形成し得る。「パイプシステム」は、特に互いに接続された、少なくとも２つのパイプラインを含む装置を意味すると理解することができる。「実質的に平面のパイプシステム」は、１つの平面内のパイプラインの配置を意味すると理解され得、５％未満、好ましくは１％未満の平面配置からのわずかな逸脱が可能である。パイプシステムは、流入パイプラインおよび流出パイプラインを含み得る。パイプシステムは、流体を受け入れるための少なくとも１つの入口を含み得る。パイプシステムは、流体を排出するための少なくとも１つの出口を含み得る。「貫通接続」とは、パイプラインが互いに流体接続されていることを意味すると理解することができる。したがって、パイプラインは、流体がパイプラインを通って次々に流れるように配置および接続することができる。パイプラインは、流体が少なくとも２つのパイプラインを通って並列に流れることができるように、互いに平行に相互接続することができる。パイプライン、特に並列に接続されたパイプラインは、様々な流体を並列に輸送するように設計することができる。特に、並列に接続されたパイプラインは、様々な流体を輸送するために互いに異なる形状および／または表面および／または材料を含み得る。特に流体の輸送については、いくつかまたはすべてのパイプラインを並列として構成することができ、その結果、流体を、並列として構成されたパイプライン間で分割することができる。直列接続と並列接続の組み合わせも考えられる。

【0023】

「コイル」は、インダクタンスを有し、電流の流れの下で磁場を生成するのに適している、および／またはその逆の任意の所望の要素を意味すると理解することができる。例えば、コイルは、少なくとも１つの完全なまたは部分的に閉じた導体ループまたは巻線を含み得る。「導電性コイル」は、電圧および／または電流が印加されたときにコイルが磁束を生成するように構成されたコイルを意味すると理解することができる。導電性コイルは、誘導コイルであり得る。導電性コイルは、少なくとも１つの導電性材料、例えば銅またはアルミニウムを含み得る。コイルの巻線形態および巻線数は、最大電流強度および／または最大電圧および／または最大周波数が実現されるように選択することができる。特に、パイプラインの直接抵抗加熱と比較して、電圧の増加に伴って電流を大幅に削減できる可能性がある。

【0024】

装置は、複数のコイルを含み得る。装置は、Ｍ個のコイルを含み得、Ｍは、２以上の自然数である。例えば、装置は、少なくとも２個、３個、４個、５個、またはそれ以上のコイルを含み得る。コイルは、実質的に平面のコイルアレイを形成することができる。「コイルアレイ」は、少なくとも２つのコイルを含むコイル配置を意味すると理解することができる。「実質的に平面の」コイルアレイは、１つの平面内のコイルの配置を意味すると理解されることができ、５％未満、好ましくは１％未満の平面配置からのわずかな逸脱が可能である。コイルアレイは、パイプラインがたどる経路に適合させることができる。特に、コイルアレイは、パイプラインに沿って変化する経路プロセスの熱要件に適合させることができる。例えば、コイルアレイは、プロセスおよびパイプラインがたどる経路に適合したエネルギー入力が可能であるように構成することができる。

【0025】

「ＡＣ電圧源」は、ＡＣ電圧を提供するように設計された装置を意味すると理解することができる。「ＡＣ電圧」は、レベルおよび極性が時間の経過とともに定期的に繰り返される電圧を意味すると理解することができる。例えば、ＡＣ電圧は正弦波ＡＣ電圧とすることができる。ＡＣ電圧源は、コイルに接続され、特に電気的に接続されており、ＡＣ電圧をコイルに印加するように設計されている。装置は、複数のＡＣ電圧源を含むことができる。コイルアレイを備えた装置の場合、各コイルまたはコイルのグループはそれぞれ、それぞれのコイルおよび／またはコイルのグループに、特に少なくとも１つの電気的接続により、電気的に接続された、ＡＣ電圧源を割り当てられてよい。ＡＣ電圧源は、それぞれの場合において、ＡＣ電圧のレベルおよび／または周波数を適合させるための閉ループ制御の可能性を有して構成することができる。ＡＣ電圧源は、互いに独立して電気的に制御可能であることができる。したがって、パイプラインがたどる経路に沿ったエネルギー入力の複雑な変化でさえも、また結果的に、温度場の正確な制御も、可能になる場合がある。

【0026】

コイルは、ＡＣ電圧を印加することによって少なくとも１つの電磁場を生成するように設計される。コイルは、特に、ＡＣ電圧の印加に応答して少なくとも１つの電磁場を生成するように設計される。パイプラインおよびコイルは、コイルの電磁場がパイプラインに電流を誘導するように配置される。特に、パイプラインとコイルの間隔は、パイプラインがコイルの電磁場に配置されるようなものであってよい。このようにパイプラインで生成された電流は、流体を加熱するために、電流が導体パイプ材料を通過するときに生成されるジュール熱によってパイプラインを加温し得る。「パイプラインを加温する」とは、パイプラインの温度の変化、特にパイプラインの温度の上昇につながるプロセスを意味すると理解することができる。

【0027】

装置は、パイプライン、特にパイプシステムの温度からコイル、特にコイルアレイを分離するように設計された少なくとも１つの断熱材を備え得る。「断熱材」は、パイプライン、特にパイプシステムとコイル、特にコイルアレイとの間の熱伝導を少なくとも部分的または完全に防止する要素を意味すると理解することができる。例えば、実質的に平面のコイルアレイは、非導電性および非磁性の断熱化合物に埋め込まれてよい。断熱材は、セラミック繊維マット、セラミック発泡体、耐火れんが、耐火コンクリートからなる群から選択される少なくとも１つの要素を含むことができる。

【0028】

コイルは、少なくとも１つの導体パイプを含み得る。「導体パイプ」は、液体および／または気体が通って流れるように設計されたデバイスを意味すると理解することができる。この装置は、導体パイプを通して少なくとも１つの冷却剤を通すように設計することができる。したがって、コイルの熱損失およびパイプラインが配置されているプロセス空間から断熱材を介してコイルに入力される熱は、コイルを直接冷却することによって除去することができる。例えば、コイルは、冷却剤が導かれる銅またはアルミニウムのパイプから構成され得る。

【0029】

導体パイプは、耐圧構成であってもよい。したがって、ボイラー給水を直接導体パイプに適用し、導体パイプからの加圧水をスロットルで調整した後、導体パイプ内で直接、または外部蒸気ドラム内のいずれかで蒸気を生成することが可能である場合がある。蒸気は、プロセス蒸気または機械蒸気として使用することができる。パイプラインはガス空間に配置することができる。「ガス空間」は、少なくとも１つのガスを受け入れるように設計された構造空間を意味すると理解することができる。特に、ガス空間は、気体が流れることができる構造空間であってよい。パイプラインは、ガス空間に自由に懸架して配置することができる。したがって、温度によるパイプラインの長さの変化は妨げられない。懸架および手順は、当業者に知られている。ガス空間の長さおよび／または幅および／または高さは、加温に起因するパイプラインの位置および長さの変化およびその懸架を可能にするように構成することができる。たとえば、パイプシステムは平面を規定してよい。ガス空間の「長さ」は、パイプシステムがたどる経路に対して水平方向のガス空間の範囲であってよい。ガス空間の「高さ」は、ガス空間の長さに垂直なパイプシステムの平面内の範囲であってよい。ガス空間の「幅」は、パイプシステムの平面に垂直なガス空間の範囲であってよい。直接燃焼式放射ボイラーとは対照的に、最小のガス層の厚さは必要ないので、ガス空間の幅は、加温に起因する位置と長さの変化が許す限り、パイプラインを囲むことができ、かつ／または、パイプが破裂した場合、プロセスガスは平面パイプシステムの平面内で安全に除去することができる。装置は、ガス空間を通って、化学的に不活性で酸素を含まない不活性ガス、例えば窒素が、特に遅く流れるように設計され得る。その結果、パイプラインをスケール付着から保護することができ、同時に、大量の可燃性ガスが蓄積する前に、起こり得る小さな漏れを安全に取り除くことができる。装置は、少なくとも１つの漏れ検出デバイスを備えてよい。漏れ検出デバイスは、ガス空間の出口でガス組成を監視するように設計することができる。

【0030】

装置は、複数のコイルアレイおよび／またはパイプシステムを含むことができる。コイルアレイおよびパイプシステムは、少なくとも１つのスタックにおいて水平方向に交互に配置することができる。特に、コイルアレイは、それぞれの場合に２つのパイプシステムの間に配置することができる。一実施形態では、スタックは、一端、例えば前面にコイルアレイを含み得、スタックは、パイプシステムと、スタックの水平方向に交互になっているさらなるコイルアレイとを含む。同様に、コイルアレイまたはパイプシステムをスタックの背面に設けることができる。一実施形態では、スタックは、前面にパイプシステムを含み得、スタックは、スタックの水平方向に交互になっているコイルアレイおよびパイプシステムを含む。同様に、コイルアレイまたはパイプシステムをスタックの背面に設けることができる。装置は、異なる数または同じ数のパイプシステムおよびコイルアレイを含むことができる。例えば、装置は、Ｎ個のパイプシステムおよびＯ個のコイルアレイを含み得、ＮおよびＯは、２以上の自然数である。例えば、装置は、少なくとも２個、３個、４個、５個、またはそれ以上のコイルアレイおよびパイプシステムを含み得る。このようなパイプシステムとコイルアレイの積み重ねにより、必要な容量の管状炉を組み立てることができる。パイプシステムを加熱するためにパイプシステムの左右にあるコイルアレイのそれぞれの前面および背面の電磁場を使用することにより、フィールド損失を低く抑えることができる。パイプシステムの左右へのコイルアレイの場の相互強化もまた有利であり得る。それぞれのパイプシステムの周りの対称的な場もまた有利であり得る。

【0031】

スタックは、少なくとも１つの補償コイルアレイを含み得る。「補償コイルアレイ」は、スタックの前面および／または背面の電磁場を可能な限り小さく保つように設計されたコイルアレイを意味すると理解することができる。スタックは、残留外部電磁場が可能な限り小さいような方法での、低温に使用されるパイプラインまたはパイプシステム、例えば予熱器または反応物蒸発器、および補償コイルアレイの組み合わせによって自由端で閉じることができる。

【0032】

本発明による装置は、特にそれが、電気加熱およびパイプラインの完全な機械的および熱的分離、生成される蒸気の望ましい圧力に応じて、低温、たとえばコイル面での１５０から２５０℃で加熱を行う実証済みのプロセスパイプ設計の大部分を採用すること、および改善された遅延のない制御性を備えたプロセス蒸気の形での電気的損失の使用を組み合わせているため、有利である。

【0033】

本発明の範囲内で、さらなる態様において、流体を加熱するための方法が提案される。この方法では、本発明による装置が使用される。この方法は、以下のステップを含む。
・流体を受け取るための少なくとも１つの導電性パイプラインを提供するステップ、
・パイプラインで流体を受け取るステップ、
・少なくとも１つのコイルを提供するステップ、
・少なくとも１つのＡＣ電圧源を提供し、コイルはＡＣ電圧源に接続され、コイルにＡＣ電圧を印加するステップ、
・コイルにＡＣ電圧を印加することにより、少なくとも１つの電磁場を生成するステップ、
・コイルの電磁場によってパイプラインに電流を誘導するステップであって、流体を加熱するために、電流が導体パイプ材料を通過するときに生成されるジュール熱によってパイプラインを加温する、ステップ。

【0034】

少なくとも１つのコイルを提供するステップは、冷却流体が流れることができる導体から生成された少なくとも１つのコイルを提供するステップを含み得る。

【0035】

実施形態および定義に関して、装置の上記の説明を参照することができる。方法のステップは、指定された順序で実行することができ、１つまたは複数のステップを少なくとも部分的に同時に実行することも可能であり、１つまたは複数のステップを複数回繰り返すことも可能である。さらに、本出願で言及されているかどうかに関係なく、さらなるステップを追加で実行することができる。

【0036】

要約すると、本発明の範囲内では、以下の実施形態が特に好ましい。

【0037】

実施形態１：流体を加熱するための装置であって、以下を含む装置。
・流体を受け取るための少なくとも１つの導電性パイプライン。
・少なくとも１つの導電性コイル。
・コイルに接続され、コイルにＡＣ電圧を印加するように設計された少なくとも１つのＡＣ電圧源；コイルは、ＡＣ電圧を印加することによって少なくとも１つの電磁場を生成するように設計されており、パイプラインおよびコイルは、流体を加熱するために、コイルの電磁場がパイプラインに電流を誘導するように配置され、電流が導体パイプ材料を通過するときに生成されるジュール熱で、パイプラインを加温する。

【0038】

実施形態２：前述の実施形態による装置であって、装置が複数のコイルを含み、コイルが実質的に平面のコイルアレイを形成する、装置。

【0039】

実施形態３：前述の実施形態による装置であって、コイルアレイは、パイプラインがたどる経路に適合されている、装置。

【0040】

実施形態４：前述の２つの実施形態による装置であって、装置が複数のＡＣ電圧源を含み、コイルアレイの各コイルにＡＣ電圧源が割り当てられ、それぞれの場合にＡＣ電圧源が、ＡＣ電圧のレベルおよび／または周波数を適合させるための閉ループ制御の可能性を有して構成され、ＡＣ電圧源は、互いに独立して電気的に制御可能である、装置。

【0041】

実施形態５：前述の実施形態の１つによる装置であって、装置が複数のパイプラインを含み、パイプラインが貫通接続されており、その結果流体を受け取るための実質的に平面のパイプシステムを形成する、装置。

【0042】

実施形態６：前述の実施形態による装置であって、装置が複数のコイルアレイおよび／またはパイプシステムを含み、コイルアレイおよびパイプシステムが少なくとも１つのスタックにおいて水平方向に交互に配置されている、装置。

【0043】

実施形態７：前述の実施形態の１つによる装置であって、装置は、パイプラインの温度からコイルを分離するように設計された少なくとも１つの断熱材を含み、断熱材は、セラミック繊維マット、セラミック発泡体、耐火レンガ、耐火コンクリートからなる群から選択される少なくとも１つの要素を含む、装置。

【0044】

実施形態８：前述の実施形態の１つによる装置であって、コイルが少なくとも１つの導体パイプを含み、装置が導体パイプを通して少なくとも１つの冷却剤を通すように設計されている、装置。

【0045】

実施形態９：前述の実施形態による装置であって、導体パイプが耐圧構成である、装置。

【0046】

実施形態１０：前述の実施形態の１つによる装置であって、パイプラインがガス空間内に配置され、パイプラインがガス空間内に自由に懸架されて配置される、装置。

【0047】

実施形態１１：前述の実施形態による装置であって、ガス空間の長さおよび／または幅および／または高さが、加温に起因する位置および長さの変化を可能にするように構成される、装置。

【0048】

実施形態１２：前述の２つの実施形態のうちの１つによる装置であって、装置は、ガス空間を通って化学的に不活性で酸素を含まない不活性ガスが流れるように設計されている、装置。

【0049】

実施形態１３：前述の３つの実施形態のうちの１つによる装置であって、装置が少なくとも１つの漏れ検出装置を含み、漏れ検出装置がガス空間の出口でガス組成を監視するように設計されている、装置。

【0050】

実施形態１４：前述の実施形態のうちの１つによる装置を少なくとも１つ含む設備。

【0051】

実施形態１５：前述の実施形態による設備であって、設備が、スチームクラッカー、蒸気改質器、アルカン脱水素化のための装置からなる群から選択される、設備。

【0052】

実施形態１６：前述の実施形態のうちの１つによる装置を用いることによって流体を加熱する方法であって、以下のステップを含む方法：
・流体を受け取るための少なくとも１つの導電性パイプラインを提供するステップ；
・パイプラインで流体を受け取るステップ；
・少なくとも１つの導電性コイルを提供するステップ；
・少なくとも１つのＡＣ電圧源を提供し、コイルはＡＣ電圧源に接続され、ＡＣ電圧をコイルに印加するステップ；
・コイルにＡＣ電圧を印加することにより、少なくとも１つの電磁場を生成するステップ；
・コイルの電磁場によってパイプラインに電流を誘導するステップであって、流体を加熱するために、電流が導体パイプ材料を通過するときに生成されるジュール熱によってパイプラインを加温する、ステップ。

【0053】

実施形態１７：前述の実施形態による方法であって、少なくとも１つのコイルを提供するステップは、冷却流体が流れることができる導体から生成された少なくとも１つのコイルを提供するステップを含む、方法。

【図面の簡単な説明】

【0054】

図の簡単な説明
本発明のさらなる詳細および特徴は、特に従属請求項と併せて、好ましい実施例の以下の説明に見出すことができる。それぞれの特徴は別々に実施することも、それらの幾つかを互いに組み合わせて実施することもできる。本発明は実施例に限定されない。実施例は図に図式的に表される。個々の図において同じである参照番号は、同じであるか同じ機能を有する要素を示し、すなわちそれらはそれらの機能に関して互いに対応している。

【0055】

【図1A】本発明によるコイルの実施例を示す。

【図1B】本発明によるコイルアレイの実施例の概略図を示す。

【図2】本発明によるパイプシステムの実施例の概略図を示す。

【図3A】本発明による装置の実施例の分解図を示す。

【図3B】本発明による装置のさらなる実施例の斜視図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0056】

実施例
図１Ａは、少なくとも１つの流体を加熱するための装置１１２の発明による導電性コイル１１０の実施例の概略図を示す。流体は、例えば、水、蒸気、燃焼用空気、炭化水素混合物、分解される炭化水素からなる群から選択されてよい。例えば、流体は、熱分解される炭化水素、特に熱分解される炭化水素の混合物であってよい。例えば、流体は、水または蒸気であってよく、さらに、熱分解される炭化水素、特に熱分解される炭化水素の混合物を含むことができる。流体は、例えば、熱分解される炭化水素と蒸気との予熱された混合物であってよい。他の流体も考えられる。例えば、加熱によって、流体は、規定のまたは所定の温度値まで加温され得る。規定または所定の温度値は、高温の値であり得る。例えば、流体は５５０℃から７００℃の範囲の温度に加熱され得る。例えば、流体は、例えば、２００℃から８００℃、好ましくは４００℃から７００℃の範囲の温度に予熱または加熱された改質炉の燃焼用空気であってよい。ただし、他の温度や温度範囲も考えられる。

【0057】

コイル１１０は、少なくとも１つの完全なまたは部分的に閉じた導体ループまたは巻線を含み得る。コイル１１０は、電圧および／または電流が印加されるとき磁束を生成することができる。導電性コイルは、誘導コイルであり得る。導電性コイル１１０は、少なくとも１つの導電性材料、例えば、銅またはアルミニウムを含み得る。コイル１１０は、冷却媒体が流れる管状導体から構築され得る。コイルの巻線形態および巻線数は、最大電流強度および／または最大電圧および／または最大周波数が実現されるように選択することができる。

【0058】

装置１１２は、少なくとも１つのＡＣ電圧源１１４を備える。ＡＣ電圧源１１４は、コイル１１０に接続され、特に電気的に接続される。装置１１２は、この目的のために、コイル１１０とＡＣ電圧源１１４とを電気的に接続する少なくとも１つの接続要素１１６、例えば、端子および／または給電線を備え得る。ＡＣ電圧源１１４は、ＡＣ電圧をコイル１１０に印加するように設計されている。コイル１１０は、ＡＣ電圧の印加に応答して少なくとも１つの電磁場を生成するように設計されている。

【0059】

装置１１２は、複数のコイル１１０を含み得る。装置１１２は、Ｍ個のコイル１１０を含み得、Ｍは、２以上の自然数である。例えば、装置１１２は、少なくとも２個、３個、４個、５個、またはそれ以上のコイル１１０を含み得る。コイル１１０は、実質的に平面のコイルアレイ１１８を形成し得る。コイルアレイ１１８の実施例は、図１Ｂに示されている。装置１１２は、複数のＡＣ電圧源１１４を備え得る。コイルアレイ１１８を備えた装置１１２の場合、各コイル１１０またはコイル１１０のグループは、それぞれ、ＡＣ電圧源１１４に割り当てられ得、ＡＣ電圧源はそれぞれのコイル１１０および／またはコイル１１０のグループに、特に少なくとも１つの電気的接続を介して電気的に接続される。ＡＣ電圧源１１４は、それぞれの場合において、ＡＣ電圧のレベルおよび／または周波数を適合させるための閉ループ制御の可能性を有して構成され得る。ＡＣ電圧源１１４は、互いに独立して電気的に制御可能であり得る。

【0060】

装置１１２は、流体を受け取るための少なくとも１つの導電性パイプライン１２０である。パイプライン１２０は、プロセスパイプであってよい。パイプライン１２０は、改質炉の反応パイプとして設計することができる。パイプライン１２０は、少なくとも１つのパイプラインセグメントを含み得る。パイプライン１２０の形状および／または表面および／または材料は、輸送される流体に依存し得る。装置１１２は、複数のパイプライン１２０を含み得る。装置１１２は、Ｌ個のパイプライン１１２を含み得、Ｌは、２以上の自然数である。例えば、装置１１２は、少なくとも２個、３個、４個、５個、またはそれ以上のパイプライン１２０を含み得る。装置１１２は、例えば、最大数百のパイプライン１２０を含み得る。パイプライン１２０は、同一または異なって構成され得る。パイプライン１２０は、様々な数の脚部または巻線を含み得る。パイプライン１２０は、様々な数の分岐を含み得る。パイプライン１２０は、いわゆるシングルパスまたはマルチパスのパイプとして構成することができる。パイプライン１２０は、同一または異なる形状および／または表面および／または材料を含み得る。パイプライン１２０は、貫通接続され得、したがって、流体を受け入れるための実質的に平面のパイプシステム１２２を形成し得る。パイプシステム１２２の実施例を図２に示す。パイプシステム１２２は、流入パイプラインおよび流出パイプライン１２０を含み得る。パイプシステム１２２は、流体を受け取るための少なくとも１つの入口１２４を含み得る。パイプシステム１２２は、流体を排出するための少なくとも１つの出口１２６を備え得る。パイプライン１２０は、流体がパイプライン１２０を通って次々に流れるように配置され、接続され得る。パイプライン１２０は、流体が少なくとも２つのパイプライン１２０を通って並列に流れることができるように、互いに平行に相互接続され得る。パイプライン１２０、特に並列に接続されたパイプライン１２０は、様々な流体を並列に輸送するように設計することができる。特に、並列に接続されたパイプライン１２０は、様々な流体を輸送するために互いに異なる形状および／または表面および／または材料を含み得る。特に流体の輸送については、パイプライン１２０のいくつかまたはすべてを並列として構成することができ、その結果、流体を、並列として構成されたパイプライン１２０の間で分割することができる。直列接続と並列接続の組み合わせも考えられる。

【0061】

パイプライン１２０は、ガス空間１２８内に配置することができる。パイプライン１２０は、ガス空間１２８内に自由に懸架して配置することができる。したがって、パイプライン１２０の長さの温度により誘起される変化を可能にすることができる。懸架および手順は、当業者に知られている。ガス空間１２８の長さ１３０および／または高さ１３２および／または幅１３４は、加温に起因する位置および長さの変化を可能にするように構成され得る。例えば、パイプシステム１２２は、平面を規定することができる。ガス空間１２８の長さ１３０は、パイプシステム１２２がたどる経路に対して水平方向にガス空間１２８の範囲であり得る。ガス空間１２８の高さ１３２は、ガス空間１２８の長さ１３０に垂直に、パイプシステム１２２の平面内の範囲であり得る。ガス空間１２８の幅１３４は、パイプシステム１２２の平面に垂直に、ガス空間１２８の範囲であり得る。例えば、図３Ａを参照されたい。直接燃焼式放射ボイラーとは対照的に、最小のガス層の厚さは必要とされないので、ガス空間１２８の幅１３４は、加温に起因するその位置および長さの変化が許す限りパイプライン１２０を囲むことができ、および／または、パイプが破裂した場合、プロセスガスは平面パイプシステム１２２の平面内で安全に除去することができる。装置１２２は、ガス空間１２８を通って、化学的に不活性で酸素を含まない不活性ガス、例えば窒素が、特に遅く流れるように設計され得る。したがって、パイプライン１２０は、スケール付着から保護され得、同時に、大量の可燃性ガスが蓄積する前に、起こり得る小さな漏れを安全に取り除くことができる。装置１１２は、少なくとも１つの漏れ検出装置１３６を備え得る。漏れ検出装置１３６は、ガス空間１２８の出口でガス組成を監視するように設計され得る。

【0062】

図３Ａおよび３Ｂは、例として、装置１１２の２つの実施例を、分解図（図３Ａ）および斜視図（図３Ｂ）で示す。コイル１１０は、ＡＣ電圧を印加することによって少なくとも１つの電磁場を生成するように設計されている。パイプライン１２０およびコイル１１０は、コイル１１０の電磁場がパイプライン１２０に電流を誘導するように配置される。特に、パイプライン１２０およびコイル１１０の間隔は、パイプライン１２０がコイル１１０の電磁場中に配置されるようなものである。電流は、流体を加熱するために、電流が導体パイプ材料を通過するときに生成されるジュール熱によってパイプライン１２０を加温する。

【0063】

装置１１２は、複数のコイルアレイ１１８および／またはパイプシステム１２２を含み得る。コイルアレイ１１８は、パイプライン１２２がたどる経路に適合され得る。特に、コイルアレイ１１８は、パイプライン１２０に沿って変化する経路プロセス熱要件に適合され得る。例えば、コイルアレイ１１８は、プロセスおよびパイプライン１２０がたどる経路に適合されたエネルギー入力が可能であるように構成され得る。

【0064】

コイルアレイ１１８およびパイプシステム１２２は、少なくとも１つのスタック１３８において水平方向に交互に配置され得る。特に、コイルアレイ１１８は、それぞれの場合、２つのパイプシステム１２２の間に配置され得る。図３Ａに示される実施形態において、スタック１３８は、一端、例えば前面１４０にコイルアレイ１１８を含み得、スタック１３８は、パイプシステム１２２と、スタック１３８の水平方向に交互になっているさらなるコイルアレイ１１８とを含み得る。パイプシステム１２２は、スタック１３８の背面１４２に配置されてよい。しかしながら、終端コイルアレイ１１８を備えた実施形態も考えられる。図３Ｂに示される実施形態では、スタック１３８は、前面１４０および背面１４２にパイプシステム１２２を含み得、スタック１３８は、スタック１３８の水平方向に交互になっているコイルアレイ１１８およびパイプシステム１２２を含む。装置１１２は、異なる数または同じ数のパイプシステム１２２およびコイルアレイ１１８を含み得る。例えば、装置１１２は、Ｎ個のパイプシステム１２２およびＯ個のコイルアレイ１１８を含み得、ＮおよびＯは、２以上の自然数である。例えば、装置１１２は、少なくとも２個、３個、４個、５個、またはそれ以上のコイルアレイ１１８およびパイプシステム１２２を含み得る。パイプシステム１２２およびコイルアレイ１１８のそのような積み重ねによって、必要な容量の管状炉を組み立てることができる。パイプシステム１２２を加熱するためにパイプシステム１２２の左右にあるコイルアレイ１１８のそれぞれの前面および背面の電磁場を使用することによって、フィールド損失を低く保つことができる。パイプシステム１２２の左右へのコイルアレイ１１８の場の相互強化もまた有利であり得る。それぞれのパイプシステム１２２の周りの対称場もまた有利であり得る。

【0065】

スタック１３８は、少なくとも１つの補償コイルアレイを含み得る。補償コイルアレイは、スタック１３８の前面および／または背面の電磁場を可能な限り小さく保つように設計することができる。スタックは、残留外部電磁場が可能な限り小さいような方法で、低温に使用されるパイプラインまたはパイプシステム、例えば予熱器または反応物蒸発器、および補償コイルアレイを組み合わせることによって自由端で閉じることができる。例えば、それぞれの場合において、スタック１３８の最後のコイルアレイ１１８は、補償コイルアレイとして構成され得る。

【0066】

装置１１２は、パイプライン１２０、特にパイプシステム１２２の温度からコイル１１０、特にコイルアレイ１１８を分離するように設計された、少なくとも１つの断熱材１４４を含み得る。例えば、図１Ｂを参照されたい。例えば、実質的に平面のコイルアレイ１１８は、非導電性および非磁性の断熱化合物に埋め込まれ得る。断熱材１４４は、セラミック繊維マット、セラミック発泡体、耐火レンガ、耐火コンクリートからなる群から選択される少なくとも１つの要素を含み得る。

【0067】

コイル１１０は、少なくとも１つの導体パイプ１４６を含み得る。例えば、図１Ａおよび１Ｂを参照されたい。装置１１２は、導体パイプ１４６を介して少なくとも１つの冷却剤を通すように設計され得る。コイルの電力損失およびパイプライン１２０が配置されているプロセス空間から断熱材１４４を介してコイル１１０に入力される熱は、コイル１１０の直接冷却によって除去することができる。例えば、コイル１１０は、冷却剤が通る銅またはアルミニウムパイプから構成され得る。導体パイプ１４６は、耐圧構成であり得る。したがって、ボイラー給水を導体パイプ１４６に直接適用し、導体パイプ１４６からの加圧水をスロットルで調整した後、導体パイプ１４６内で直接、または外部蒸気ドラム内のいずれかで蒸気を生成することが可能であり得る。蒸気は、プロセス蒸気または機械蒸気として使用されてよい。

【符号の説明】

【0068】

１１０ コイル
１１２ 装置
１１４ ＡＣ電圧源
１１６ 接続要素
１１８ コイルアレイ
１２０ パイプライン
１２２ パイプシステム
１２４ 入口
１２６ 出口
１２８ ガス空間
１３０ 長さ
１３２ 高さ
１３４ 幅
１３６ 漏れ検出デバイス
１３８ スタック
１４０ 前面
１４２ 背面
１４４ 断熱材
１４６ 導体パイプ

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】