特表 2023-547332 電気加熱反応器の熱統合

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-10

(54)【発明の名称】電気加熱反応器の熱統合

(51)【国際特許分類】

   B01J 19/24 20060101AFI20231102BHJP

   C07B 37/00 20060101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

B01J19/24 Z

C07B37/00

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2023520315

(86)(22)【出願日】2021-10-01

(85)【翻訳文提出日】2023-05-25

(86)【国際出願番号】 EP2021077144

(87)【国際公開番号】W WO2022069726

(87)【国際公開日】2022-04-07

(31)【優先権主張番号】20199922.4

(32)【優先日】2020-10-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521037411

【氏名又は名称】ベーアーエスエフ・エスエー

(71)【出願人】

【識別番号】521329305

【氏名又は名称】リンデ ゲーエムベーハー

(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】エリック・イェンネ

(72)【発明者】

【氏名】キアラ・アンネ・コッヘンデルファー

(72)【発明者】

【氏名】アンドレイ・シュストフ

【テーマコード（参考）】

4G075

4H006

【Ｆターム（参考）】

4G075AA01

4G075BA05

4G075BA10

4G075CA02

4G075DA01

4G075DA02

4G075DA18

4G075EA06

4G075EB01

4H006AA04

4H006AC20

4H006BD84

(57)【要約】

本発明は、反応生成物を製造するためのプラント（１１０）を提案する。プラント（１１０）は、少なくとも予熱器（１１４）を備える。プラント（１１０）は、予熱器（１１４）に少なくとも１つの原料を供給するように適合された少なくとも１つの原料供給部（１１８）を備える。予熱器（１１４）は、原料を所定の温度に予熱するように適合されている。プラント（１１０）は、少なくとも１つの電気加熱可能な反応器（１２２）を備える。電気加熱可能な反応器（１２２）は、予熱された原料を反応生成物および副生成物に少なくとも部分的に変換するように適合されている。プラント（１１０）は、予熱器（１１４）に副生成物を少なくとも部分的に供給するように適合された少なくとも１つの熱統合装置（１３２）を備える。予熱器（１１４）は、原料を予熱するために必要なエネルギーを副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応生成物を製造するためのプラント（１１０）であって、前記プラント（１１０）が、少なくとも１つの予熱器（１１４）を備え、前記プラント（１１０）が、前記予熱器（１１４）に少なくとも１つの原料を供給するように適合された少なくとも１つの原料供給部（１１８）を備え、前記予熱器（１１４）が、前記原料を所定の温度に予熱するように適合され、前記プラント（１１０）が、少なくとも１つの電気加熱可能な反応器（１２２）を備え、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が電動式反応器であり、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、電流を使用して前記反応器（１２２）内に存在する流体を加熱するように適合され、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、前記予熱された原料を反応生成物および副生成物に少なくとも部分的に変換するように適合され、前記プラント（１１０）が、前記予熱器（１１４）に前記副生成物を少なくとも部分的に供給するように適合された少なくとも１つの熱統合装置（１３２）を備え、前記予熱器（１１４）が、前記原料を予熱するために必要なエネルギーを前記副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合されている、プラント（１１０）。

【請求項2】

前記プラント（１１０）が、前記電気加熱可能な反応器（１２２）によって変換されていない原料を前記予熱器（１１４）に供給するように適合された少なくとも１つの原料統合装置（１４４）を備える、請求項１に記載のプラント（１１０）。

【請求項3】

前記プラント（１１０）が少なくとも１つの換気装置（１７６）を備え、前記換気装置（１７６）が前記予熱器（１１４）に周囲空気を供給するように適合され、前記換気装置（１７６）が、前記電気加熱可能な反応器（１２２）を加熱するための電源を冷却するようにさらに適合されている、請求項１または２に記載のプラント（１１０）。

【請求項4】

前記電気加熱可能な反応器（１２２）が電流によって加熱可能である、請求項１から３のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項5】

前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、多相交流電流および／または１相交流電流および／または直流電流および／または放射および／または誘導の使用によって電気的に加熱可能である、請求項１から４のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項6】

前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、前記原料を２００℃～１７００℃の範囲の温度、好ましくは３００℃～１４００℃の範囲の温度、特に好ましくは４００℃～８７５℃の範囲の温度に加熱するように適合されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項7】

前記プラント（１１０）が、前記電気加熱可能な反応器（１２２）から前記予熱器（１１４）への大気交換を可能にするように適合された少なくとも１つの大気側接続部を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項8】

前記プラント（１１０）が、前記反応器（１２２）の前記電気加熱された管システムから前記予熱器（１１４）への前記原料の戻り流を可能にするように適合された少なくとも１つの安全装置（１８２）を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項9】

前記プラント（１１０）が、少なくとも１つのプロセス蒸気を前記予熱器（１１４）に供給するように適合された少なくとも１つのプロセス蒸気供給部（１２０）を備え、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、前記プロセス蒸気の存在下で前記原料を分解ガスに変換するように適合され、前記予熱器（１１４）が、前記原料を予熱するために必要なエネルギーを前記副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項10】

前記原料供給部（１１８）が、前記少なくとも１つの原料を前記予熱器（１１４）に供給するように適合され、前記原料が、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、エチルベンゼン、軽油、縮合物、バイオ液体、バイオガス、熱分解油、廃油および再生可能な原料からの液体から構成され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９のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項11】

前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、前記予熱された原料を反応生成物に少なくとも部分的に変換するように適合され、前記反応生成物が、アセチレン、エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジエン、ベンゼン、スチレン、合成ガスから構成され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１０のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項12】

前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、前記予熱された原料を副生成物に少なくとも部分的に変換するように適合され、前記副生成物が、水素、メタン、エタン、プロパンから構成され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１１のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項13】

前記プラント（１１０）が、少なくとも１つの吸熱反応を行うためのプラント、加熱用プラント、予熱用プラント、スチームクラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化装置、改質器、乾式改質装置、スチレン製造装置、エチルベンゼン脱水素化装置、尿素、イソシアネート、メラミン分解装置、分解器、触媒分解器、脱水素化装置から構成される群から選択される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項14】

前記プラント（１１０）が、複数の電気加熱可能な反応器（１２２）を備え、および／または前記プラント（１１０）が、一体型対流ゾーンを有する少なくとも１つの反応器をさらに備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項15】

プラントに関する請求項１から１４のいずれか一項に記載のプラント（１１０）を使用した反応生成物の製造における熱統合の方法であって、前記方法が、
少なくとも１つの原料供給部を介して予熱器（１１４）に少なくとも１つの原料を供給するステップと、
前記予熱器（１１４）で前記原料を所定の温度に予熱するステップと、
前記予熱された原料を、少なくとも１つの電気加熱可能な反応器（１２２）を用いて反応生成物および副生成物に少なくとも部分的に変換するステップであって、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が電動式反応器であり、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、電流を使用して前記反応器（１２２）に存在する流体を加熱するように適合されている、ステップと、
少なくとも１つの熱統合装置を用いて前記予熱器（１１４）に前記副生成物を少なくとも部分的に供給するステップと、
前記予熱器（１１４）を用いて前記原料を予熱するために必要なエネルギーを少なくとも部分的に前記副生成物から生成するステップと
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、反応生成物を製造するためのプラントおよび反応生成物の製造における熱統合のための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

製造プラント、例えばスチームクラッカーは、原理的には当業者に公知であり、例えば、https://de.wikipedia.org/wiki/Steamcrackenを参照されたい。スチームクラッカーでは、例えば、ナフサを蒸気の存在下で高温で分解して、エチレンおよびプロピレンを得る。この目的のために、スチームクラッカーのいわゆる対流ゾーンにおいて、ナフサは予熱され、高温蒸気が加えられる。その後の放射ゾーンにおいて、ナフサは約８５０℃でエチレンおよびプロピレンに分解される。スチームクラッカーの加熱は、従来、炭素排出に関連する天然ガスの燃焼によって行われる。従来のスチームクラッカーでは、天然ガス燃焼で形成された熱がクラッキングのために使用されるだけでなく、煙突を上昇する廃熱も対流ゾーンでナフサを予熱するために使用される。このような従来の製造プラントは、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３または特許文献４から知られている。

【0003】

従来の炉は、特許文献５、特許文献６および特許文献７からも知られている。

【0004】

電気加熱可能な反応器はまた、例えば、特許文献８、特許文献９、特許文献１０、特許文献１１および特許文献１２からも知られている。

【0005】

電気加熱可能な反応器は、反応器のＣＯ２中立動作を達成することを可能にすることができる。

【0006】

特許文献８は、流体を受け入れるための少なくとも１つの導電性管路と、少なくとも１つの管路に接続された少なくとも１つの電圧源とを用いて流体を加熱するための手段を記載している。少なくとも１つの電圧源は、少なくとも１つの管路内に交流電流を生成するように構成され、少なくとも１つの管路を加熱して流体を加熱する。

【0007】

特許文献９は、流体を収容するための少なくとも１つの導電性管路および／または少なくとも１つの導電性管路セグメントと、少なくとも１つの直流電流源および／または直流電圧源とを備える、流体を加熱するための手段を記載している。各管路および／または各管路セグメントには、それぞれの管路および／またはそれぞれの管路セグメントに接続されたそれぞれの直流電流源および／または直流電圧源が割り当てられ、それぞれの直流電流源および／または直流電圧源は、それぞれの管路および／またはそれぞれの管路セグメントに電流を生成するように構成され、電流が導電性管材料を通過するときに形成されるジュール熱を介してそれぞれの管路および／またはそれぞれの管路セグメントを加熱して流体を加熱する。

【0008】

特許文献１０は、流体を収容するための少なくとも１つの導電性管路と、少なくとも１つの導電性コイルと、コイルに接続され、コイルに交流電圧を供給するように適合された少なくとも１つの交流電流源とを備える、流体を加熱するための装置を記載している。コイルは、供給された交流電圧を介して電磁場を生成するように適合されている。管路およびコイルは、コイルの電磁場が管路内に電流を誘導し、電流が導電性管材料を通過するときに形成されるジュール熱によって管路を加熱して流体を加熱するように配置される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】欧州特許第２６５３５２４号明細書

【特許文献2】米国特許第４，３６１，４７８号明細書

【特許文献3】欧州特許第０２４５８３９号明細書

【特許文献4】欧州特許第３４１５５８７号明細書

【特許文献5】米国特許出願公開第２００６／１１６５４３号明細書

【特許文献6】ドイツ特許出願公開第１０２０１８１３２７３６号明細書

【特許文献7】米国特許出願公開第２０１１／１６３００３号明細書

【特許文献8】国際公開第２０１５／１９７１８１号パンフレット

【特許文献9】国際公開第２０２０／０３５５７５号パンフレット

【特許文献10】国際公開第２０２０／０３５５７４号パンフレット

【特許文献11】ドイツ特許出願公開第１０３１７１９７号明細書

【特許文献12】国際公開第２０１７／１８６４３７号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

電気加熱可能な反応器のスチームクラッカーへの統合は、まだ未解決の課題である。天然ガスを使用して加熱しない場合、対流ゾーン、したがって特に出発材料を予熱する可能性も省略される。電気加熱反応器のプラントへの熱統合の問題はこれまで解決されていない。

【課題を解決するための手段】

【0011】

したがって、本発明の目的は、既知の装置および方法の欠点を少なくとも大部分回避する、反応生成物を製造するためのプラントおよび反応生成物の製造における熱統合のための方法を提供することである。特に本発明の目的は、プラント、例えば、少なくとも１つの吸熱反応を行うためのプラント、加熱用プラント、予熱用プラント、スチームクラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化装置、改質器、乾式改質装置、スチレン製造装置、エチルベンゼン脱水素化装置、尿素、イソシアネート、メラミン分解装置、分解器、触媒分解器、脱水素化装置における、電気加熱可能な反応器の熱統合を実現することである。

【0012】

この目的は、独立請求項の特徴を有するプラントおよび方法によって達成された。本発明の好ましい実施形態は、とりわけ、添付の従属請求項および従属請求項の従属関係において特定される。

【0013】

以下では、「有する（ｈａｖｅ）」、「呈する（ｅｘｈｉｂｉｔ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」もしくは含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）という用語、またはそれらの任意の文法的派生語は、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に加えて、さらなる特徴が存在しない状況、または１つもしくは複数のさらなる特徴が存在する状況に関連し得る。例えば、「ＡはＢを有する」、「ＡはＢを呈する」、「ＡはＢを備える」、または「ＡはＢを含む」という用語は、Ｂ以外のさらなる要素がＡに存在しない状況（すなわち、ａがＢのみからなる状況）、またはＢに加えて、１つもしくは複数のさらなる要素、例えば要素Ｅ、要素ＣおよびＤまたはさらに他の要素がＡに存在する状況のいずれにも関連し得る。

【0014】

さらに、「少なくとも１つ」および「１つまたは複数」という用語、ならびにこれらが１つまたは複数の要素または特徴に関連して使用され、要素または特徴が単一または複数で提供され得ることを明確にすることを意図する場合のこれらの用語または同様の用語の文法的派生語は、一般に、例えば特徴または要素の最初の導入で１回のみ使用されることに留意されたい。特徴または要素のその後の新たな言及では、対応する用語「少なくとも１つ」または「１つまたは複数」は一般にもはや使用されないが、これは、特徴または要素が単一または複数で提供される可能性を限定しない。

【0015】

さらに、「好ましくは」、「特に」、「例えば」という用語または同様の用語が任意選択の特徴に関連して以下で使用されるが、これは代替の実施形態を限定するものではない。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、これらの特徴が特許請求の範囲、特に独立請求項の保護範囲を限定することを意図するものではない。したがって、本発明は、当業者によって理解されるように、異なる実施形態を使用して実施することもできる。同様に、「本発明の一実施形態では」という表現または「本発明の例示的な実施形態では」という表現によって導入される特徴は、任意選択の特徴として理解されるべきであり、したがって代替の実施形態または独立請求項の保護範囲を限定する意図はない。さらに、これらの導入表現は、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ためのすべての選択肢を、それらが任意選択の特徴または非任意選択の描写であっても、影響を受けないままにするものとする。

【0016】

本発明の第１の態様は、反応生成物を製造するためのプラントを提案する。

【0017】

本発明の文脈において、「プラント」は、化学品製造プラントを意味すると理解されるべきである。例として、プラントは、少なくとも１つの吸熱反応を行うためのプラント、加熱用プラント、予熱用プラント、スチームクラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化装置、改質器、乾式改質装置、スチレン製造装置、エチルベンゼン脱水素化装置、尿素、イソシアネート、メラミン分解装置、分解器、触媒分解器、脱水素化装置から構成される群から選択され得る。例として、プラントは、少なくとも１つの吸熱反応、予熱、水蒸気分解、水蒸気改質、アルカン脱水素化、改質、乾燥改質、スチレン製造、エチルベンゼン脱水素化、尿素、イソシアネート、メラミンの分解、分解、触媒分解、脱水素化から構成され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適合されてもよい。

【0018】

プラントは、少なくとも予熱器を備える。プラントは、少なくとも１つの原料を予熱器に供給するように適合された少なくとも１つの原料供給部を備える。予熱器は、原料を所定の温度に予熱するように適合される。プラントは、少なくとも１つの電気加熱可能な反応器を備える。電気加熱可能な反応器は、予熱された原料を反応生成物および副生成物に少なくとも部分的に変換するように適合される。プラントは、予熱器に副生成物を少なくとも部分的に供給するように適合された少なくとも１つの熱統合装置を備える。予熱器は、原料を予熱するために必要なエネルギーを副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合される。

【0019】

本発明の文脈において、「予熱器」は、原料を所定の温度に予熱するように適合されたプラントの少なくとも１つの要素を意味すると理解されるべきである。原料は、供給中に第１の温度を有してもよい。例えば、第１の温度は１００℃であってもよい。予熱器は、原料を第２の温度に加熱するように適合されてもよく、第２の温度はこの第１の温度よりも高い。所定の温度は、例えば、５００℃～７５０℃であってもよい。所定の温度は、原料、意図される化学反応および／または生成される反応生成物に依存し得る。予熱器は、少なくとも１つのバーナを備えてもよい。予熱器は、ガス、例えばメタンの燃焼によって原料を予熱するためのエネルギー需要を作り出すように適合されてもよい。ガスは、加熱ガスと呼ばれることもある。以下でさらに説明するように、リサイクルされた副生成物は、予熱器内で燃焼され、予熱器内での加熱に必要なエネルギーを少なくとも部分的に供給することができる。

【0020】

プラントは、少なくとも１つのプロセス蒸気を予熱器に供給するように適合された少なくとも１つのプロセス蒸気供給部を備え得る。電気加熱可能な反応器は、プロセス蒸気の存在下で原料を分解ガスに変換するように適合されてもよい。本発明の文脈において、「プロセス蒸気」は、その存在下で原料が反応生成物および副生成物に変換され得る蒸気を意味すると理解されるべきである。プロセス蒸気は、例えば１８０℃～２００℃の温度を有する高温プロセス蒸気であってもよい。「プロセス蒸気供給部」は、本発明の文脈において、プロセス蒸気を予熱器に供給するように適合されたプラントの要素であり得る。プロセス蒸気供給部は、少なくとも１つの管路または管路システムを備えてもよい。

【0021】

本発明の文脈において、「原料」は、特に少なくとも１つの化学反応によって、反応生成物が生成および／または製造され得る原料としても知られる出発材料を意味すると理解されるべきである。原料は、特に、化学反応が行われる反応物質であり得る。原料は、液体または気体の原料であってもよい。原料は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、エチルベンゼン、軽油、縮合物、バイオ液体、バイオガス、熱分解油、廃油および再生可能な原料からの液体から構成される群から選択される少なくとも１つの要素を含み得る。バイオ液体は、例えば、再生可能な原料、例えば、バイオオイルまたはバイオディーゼル由来の脂肪もしくは油またはそれらの誘導体であり得る。本発明の文脈において、「原料供給部」は、原料を予熱器に供給するように適合された要素を意味すると理解されるべきである。原料供給部は、少なくとも１つの管路または管路システムを備えてもよい。

【0022】

原料およびプロセス蒸気はそれぞれ、管路内の予熱器に供給され、それによって加熱され得る。予熱器は、特に、原料を過熱するように適合されてもよい。プラントは、予熱された原料と予熱されたプロセス蒸気とを混合するように適合されてもよい。プロセス蒸気と混合された原料は、例えばさらなる管路を介して、バーナに近い予熱器の領域に通され、過熱されてもよい。例えば、プロセス蒸気と混合された原料は、クラッキング温度よりいくらか低い温度まで過熱されてもよい。その後、過熱された流体は、電気加熱可能な反応器に通され、その中で分解されてもよい。

【0023】

プラントは、予熱器によって予熱された、特に過熱された流体を電気加熱可能な反応器に供給するように適合された少なくとも１つの供給管路を備え得る。特に、予熱器によって予熱された原料および／または原料とプロセス蒸気との予熱された混合物は、供給管路を介して、電気加熱可能な反応器に供給されてもよい。本発明の文脈において、「流体」は、気体媒体および／または液体媒体を意味すると理解されるべきである。流体は、特に、予熱器によって過熱された原料とプロセス蒸気との混合物であり得る。例えば、流体は、熱分解用の炭化水素、特に熱分解用の炭化水素の混合物であってもよい。流体は、例えば、水または蒸気であってもよく、熱分解のための炭化水素、特に熱分解のための炭化水素の混合物をさらに含んでもよい。流体は、例えば、熱分解および蒸気のための炭化水素の予熱された混合物であってもよい。

【0024】

本発明の文脈において、「反応生成物」は、一次生成物または価値生産物とも呼ばれる、生成される主生成物を意味すると理解されるべきである。プラントは、主生成物および副生成物が生成される少なくとも１つの化学反応を実行するように適合され得る。反応生成物は、アセチレン、エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジエン、ベンゼン、スチレン、合成ガスから構成される群から選択される少なくとも１つの要素を含んでもよい。本発明の文脈において、「副生成物」は、反応生成物に加えて生成される化学反応のさらなる生成物を意味すると理解されるべきである。副生成物は、例えば、水素、メタン、エタン、プロパンから構成される群から選択される要素を含み得る。本発明の文脈において、反応生成物および副生成物に「少なくとも部分的に」変換することは、原料および／または原料とプロセス蒸気の混合物が完全に変換される実施形態が可能であり、原料および／または原料とプロセス蒸気の混合物が不完全に変換される実施形態が可能であることを意味すると理解されるべきである。

【0025】

本発明の文脈において、化学反応器としても知られる「反応器」は、少なくとも１つの化学プロセスがその中で進行することができ、および／または少なくとも１つの化学反応がその中で実行され得るように適合された装置を意味すると理解されるべきである。本発明の文脈において、「電気加熱可能な」反応器は、電動式反応器を意味すると理解されるべきである。電気加熱可能な反応器は、電流を使用して反応器内に存在する流体を加熱するように適合され得る。電気加熱可能な反応器は、電流で加熱可能であり得る。電気加熱可能な反応器内の反応に必要なエネルギーは、電流によって、特にジュール熱の形態で、完全に生成され得る。反応器を加熱するために任意の所望の電源からの電気を使用することが原理的には可能である。使用される電気は、有利には再生可能エネルギー源からのものであり得、したがって、プラントの気候適合性をさらに高める。さらに、反応生成物の製造のための予熱器の使用は、電気加熱可能な反応器内のプロセスのための部分的な通電のみが必要であることを意味し得る。したがって、電力需要を制限することができる。電気加熱可能な反応器は、プラントの残りの要素から独立した電気および変圧器の概念を使用することができる。

【0026】

電気加熱可能な反応器は、従来の炉、すなわち、例えば特許文献５、特許文献６号および特許文献７から知られている対流ゾーンを有する炉とは異なる。電気加熱可能な反応器内で進行する反応は、従来の炉内の反応と同一であるが、加熱および吸熱反応のためのエネルギーは、例えば直接または間接加熱によって電気から生成される。この目的のために、電気加熱可能な反応器は、電流供給部、特に、電気接続を行う変圧器、開閉装置、およびさらなる電気機器のうちの１つまたは複数を有する。対照的に、従来の炉は放射熱を使用する。特に、従来の炉では、加熱および吸熱反応のためのエネルギーは、天然ガス、メタン、Ｈ_２の燃焼から生成される。したがって、電気加熱可能な反応器は、反応物、例えば予熱されたナフサおよび蒸気が反応して生成物をもたらすことを確実にすることに関し、反応に必要なエネルギーは、電気から生成される。電気加熱可能な反応器は、最大１００％のＣＯ_２還元を達成することを可能にする。対照的に、従来の炉は、加熱ガスの燃焼によってＣＯ_２を生成する。コントローラを有する電気加熱可能な反応器を実装することにより、反応または温度制御の最適化によってさらなるエネルギー低減を達成することが可能になり得る。電気加熱可能な反応は、プロセスに必要な温度より高いが、従来の炉での燃焼によって達成される温度ほど高くはない温度を達成することができる。温度を達成するために、電気加熱可能な反応器は、大きな電流を使用し得る。従来の炉は、電流を使用せず、むしろガス燃焼を加熱する。電気加熱可能な反応器の反応空間の設計は、電気加熱によって影響を受ける可能性がある。対照的に、従来の炉の炉空間の設計は、ガス加熱によって影響を受ける可能性がある。電気加熱可能な反応器の材料選択は、プロセス工学、例えば反応、コークス形成、反応温度など、および電気加熱に基づいてもよい。直接加熱の場合、オーミック抵抗も考慮に入れる可能性がある。間接加熱の場合、材料を選択する際のより高い自由度が可能であり得る。従来の炉では、材料の選択は、プロセス工学、例えば反応、コークス形成、反応温度などのみに基づく。

【0027】

従来の炉は対流ゾーンを有する。対流ゾーンは、放射ゾーンによって画定され、位置に関して、対流ゾーンは、放射ゾーンの上方に必ず配置される。従来の炉における熱統合は、当業者に知られている。従来の炉では、熱統合は、例えば、以下の熱交換器、すなわちボイラ供給水予熱、ナフサ予熱、プロセス蒸気過熱、高圧蒸気過熱、入力材料過熱から構成される。これらの熱交換器の管は、ガスバーナの煙道ガス流中に水平に上下に配置された従来の分解炉内にある。電気加熱可能な反応器では、対流ゾーンは、位置に関して、必ずしもｅ炉放射ゾーンの上方に配置される必要はない。加熱は独立したガスバーナを介して行われるため、配置はより柔軟であり得る。電気加熱可能な反応器および熱統合は互いに分離されているので、設計および／または位置および／または概念に関して自由度がある。

【0028】

本発明によれば、供給流としても知られる原料および蒸気を予熱するために、Ｈ_２、メタン、エタン、および分解ガスから生成され、分離部で精製されたすべての可燃性物質を利用することが提案される。したがって、電気加熱可能な反応器は、例えば予熱されたナフサと蒸気とを反応させて生成物を得る、予熱の下流の反応に関連することができる。回収された加熱ガス（Ｈ_２、メタン、エタンなど）の燃焼は、これを予熱にエネルギー的に利用することを可能にする。予熱のための追加の天然ガスは、必要に応じて外部供給源から得ることもできる。部分的な熱統合のみを行うことが可能である。

【0029】

電気加熱可能な反応器は、予熱された原料を収容するように適合された少なくとも１つの装置を備えてもよい。電気加熱可能な反応器は、化学反応が進行し得る管路とも呼ばれる少なくとも１つの反応管を備えてもよい。反応管は、例えば、流体を収容するための少なくとも１つの管路および／または少なくとも１つの管路セグメントを備えることができる。管路および管路セグメントという用語は、以下では同義的に使用される。反応管は、予熱器によって予熱された流体を、電気加熱可能な反応器を通して輸送するようにさらに適合されてもよい。反応管の形状および／または表面積および／または材料は、輸送される流体とは無関係に選択され得る。電気加熱可能な反応器は、複数の管路を備えてもよい。電気加熱可能な反応器は、Ｉ個の管路を備えてもよく、Ｉは２以上の自然数である。例えば、電気加熱可能な反応器は、少なくとも２、３、４、５またはそれ以上の管路を備えてもよい。電気加熱可能な反応器は、例えば、最大１００個の管路を含んでもよい。管路は、同一であっても異なっていてもよい。

【0030】

管路は、対称および／または非対称の管および／またはそれらの組み合わせを含み得る。純粋に対称的な実施形態では、電気加熱可能な反応器は、同一の管タイプの管路を備え得る。「非対称の管」および「対称および非対称の管の組み合わせ」という用語は、電気加熱可能な反応器が、例えば所望に応じて並列または直列に接続され得る管の種類の任意の所望の組み合わせを含み得ることを意味すると理解されるべきである。「管タイプ」は、特定の特徴によって特徴付けられる管路のカテゴリまたはタイプを意味すると理解することができる。管タイプは、管路の水平構成、管路の垂直構成、入口（ｌ１）および／または出口（ｌ２）および／または移行部（ｌ３）の長さ、入口（ｄ１）および出口（ｄ２）ならびに移行部（ｄ３）の直径、パス数ｎ、パス毎の長さ、パス毎の直径、形状、表面積、および材料から構成される群から選択される特徴によって少なくとも特徴付けられ得る。電気加熱可能な反応器は、並列および／または直列に接続された少なくとも２つの異なる管タイプの組み合わせを含んでもよい。例えば、電気加熱可能な反応器は、入口（ｌ１）および／または出口（ｌ２）および／または移行部（ｌ３）に異なる長さの管路を備えてもよい。例えば、電気加熱可能な反応器は、入口（ｄ１）および／または出口（ｄ２）および／または移行部（ｄ３）の直径の非対称性を有する管路を備えてもよい。例えば、電気加熱可能な反応器は、例えば異なるパス数を有する管路を備えてもよい。例えば、電気加熱可能な反応器は、パス毎に長さが異なる、および／またはパス毎に直径が異なるパスを有する管路を備えてもよい。並列および／または直列に配置された任意の管タイプの任意の所望の組み合わせが原理的には考えられる。

【0031】

電気加熱可能な反応器は、複数の入口および／または出口および／または生成流を含んでもよい。異なるまたは同一の管タイプの管路が、複数の入口および／または出口と並列および／または直列に配置されてもよい。管路は、モジュール式システムの形態で異なる管タイプで存在し、意図された用途に応じて所望に応じて選択および組み合わされてもよい。異なる管タイプの管路の使用は、反応の供給および／または選択的収率および／または最適化されたプロセス工学を変化させる場合に、反応のより正確な温度管理および／または適合を達成することを可能にする。管路は、同一または異なる形状および／または表面積および／または材料を有し得る。

【0032】

管路は連続的に接続され、したがって流体を収容するための管システムを形成することができる。「管システム」は、少なくとも２つの、特に相互接続された、管路から構成される装置であり得る。管システムは、供給管路および排出管路を備えてもよい。管システムは、流体を受け入れるための少なくとも１つの入口を備えることができる。管システムは、流体を排出するための少なくとも１つの出口を備えることができる。「連続的に接続された」という用語は、管路が互いに流体接続されていることを意味すると理解されるべきである。したがって、管路は、流体が管路を通って連続的に流れるように配置および接続され得る。管路は、流体が少なくとも２つの管路を並列に通って流れることができるように、互いに並列に接続されてもよい。管路、特に並列に接続された管路は、異なる流体を並列に輸送するように適合され得る。並列に接続された管路は、特に、異なる流体の輸送のために互いに異なる形状および／または表面積および／または材料を有することができる。特に、流体の輸送のために、複数またはすべての管路を並列に構成してもよく、したがって、並列に構成された前記管路にわたって流体を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。

【0033】

反応管は、例えば、流体を収容するための少なくとも１つの導電性管路を含むことができる。「導電性管路」という用語は、管路、特に管路の材料が、電流を伝導するように適合されていることを意味すると理解されるべきである。しかしながら、非導電性管路または導電性が低い管路の形態の実施形態も考えられる。

【0034】

管路ならびに対応する供給管路および排出管路は、互いに流体接続していてもよい。導電性管路を使用する場合、供給管路および排出管路は、互いにガルバニック分離されていてもよい。互いにガルバニック分離されているとは、管路と供給管路および排出管路との間に電気伝導および／または許容可能な電気伝導が生じないように、管路と供給管路および排出管路とが互いに分離されていることを意味すると理解されるべきである。電気加熱可能な反応器は、少なくとも１つの絶縁体、特に複数の絶縁体を備え得る。それぞれの管路と供給管路および排出管路との間のガルバニック分離は、絶縁体によって確保されてもよい。絶縁体は、流体の自由な通過を保証することができる。

【0035】

電気加熱可能な反応器は、多相交流電流および／または１相交流電流および／または直流電流および／または放射の使用によって電気的に加熱され得る。

【0036】

電気加熱可能な反応器は、少なくとも１つの交流電流源および／または少なくとも１つの交流電圧源を備えることができる。交流電流源および／または交流電圧源は、１相または多相であってもよい。「交流電流源」という用語は、交流電流を提供するように適合された電流源を意味すると理解されるべきである。「交流電流」は、規則的な繰り返しパターンで極性が変化する電流を意味すると理解されるべきである。交流電流は、例えば正弦波交流であってもよい。「単相」交流電流源は、単相の電流を供給する交流電流源を意味すると理解されるべきである。「多相」交流電流源は、２つ以上の相を有する電流を供給する交流電流源を意味すると理解されるべきである。「交流電圧源」は、交流電圧を供給するように適合された電圧源を意味すると理解されるべきである。「交流電圧」は、その大きさおよび極性が規則的な繰り返しパターンに従う電圧を意味すると理解されるべきである。交流電圧は、例えば正弦波交流電圧であってもよい。交流電圧源によって生成された電圧は、電流の流れ、特に交流電流の流れをもたらす。「単相」交流電圧源は、電流に単相を提供する交流電圧源を意味すると理解されるべきである。「多相」交流電圧源は、電流に２つ以上の相を提供する交流電圧源を意味すると理解されるべきである。

【0037】

電気加熱可能な反応器は、複数の単相または多相交流電流源または交流電圧源を含むことができる。管路の各々は、特に少なくとも１つの電気接続を介して電気的に、それぞれの管路に接続される割り当てられたそれぞれの交流電流源／交流電圧源を有することができる。少なくとも２つの管路が交流電流源および／または交流電圧源を共有する実施形態も考えられる。交流電流源または交流電圧源およびそれぞれの管路を接続するために、電気加熱可能な反応器は、２～Ｎ個の給電導体および２～Ｎ個の戻り導体を含むことができ、Ｎは３以上の自然数である。それぞれの交流電流源および／または交流電圧源は、それぞれの管路内に電流を生成するように適合され得る。交流電流源および／または交流電圧源は、制御されても制御されなくてもよい。交流電流源および／または交流電圧源は、少なくとも１つの電気的開始値を制御するオプションの有無にかかわらず構成することができる。「開始値」は、電流値および／または電圧値および／または電流信号および／または電圧信号を意味すると理解されるべきである。電気加熱可能な反応器は、２～Ｍ個の異なる交流電流源および／または交流電圧源を含むことができ、Ｍは３以上の自然数である。交流電流源および／または交流電圧源は、互いに独立して電気的に制御可能であってもよい。したがって、例えば、それぞれの管路内の異なる電流および管路内の異なる温度を達成することが可能である。

【0038】

電気加熱可能な反応器は、例えば、特許文献８に記載されているように構成することができ、その内容は、参照により本明細書に組み込まれ、流体を収容するための少なくとも１つの導電性管路と、少なくとも１つの管路に接続された少なくとも１つの電圧源とを含む。少なくとも１つの電圧源は、少なくとも１つの管路を加熱して流体を加熱する少なくとも１つの管路内に交流電流を生成するように構成される。

【0039】

電気加熱可能な反応器は、例えば、特許文献１０に記載されているように構成することができ、その内容は、参照により本明細書に組み込まれ、流体を収容するための少なくとも１つの導電性管路と、少なくとも１つの導電性コイルと、コイルに接続され、コイルに交流電圧を供給するように適合された少なくとも１つの交流電流源とを含む。コイルは、供給された交流電圧を介して電磁場を生成するように適合され得る。管路およびコイルは、コイルの電磁場が管路内に電流を誘導し、電流が導電性管材料を通過するときに形成されるジュール熱によって管路を加熱して流体を加熱するように配置され得る。

【0040】

反応管は、例えば、２０２０年２月１４日に出願された欧州特許第２０１５７５１６．４号明細書に記載されているように構成することができ、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。反応管は、流体を収容するための少なくとも１つの導電性管路を含むことができる。電気加熱可能な反応器は、少なくとも１つの単相交流電流源および／または少なくとも１つの単相交流電圧源を備えることができる。管路の各々は、それぞれの管路に接続される割り当てられたそれぞれの単相交流電流源および／または単相交流電圧源を有することができる。それぞれの単相交流電流源および／または単相交流電圧源は、それぞれの管路内に電流を生成するように構成されてもよく、電流が導電性管材料を通過するときに形成されるジュール熱によってそれぞれの管路を加熱して流体を加熱する。単相交流電流源および／または単相交流電圧源は、生成された交流電流が給電導体を介して管路に流入し、戻り導体を介して交流電流源および／または交流電圧源に逆流するように、管路に電気的に接続されてもよい。交流電流源／または交流電圧源によってこの管路に導入された交流電流によって管路が加熱されると、流体は管路を通って流れ、その中で加熱されることができ、したがって、流体に伝達されるジュール熱が管路内に生成され、したがって、流体が管路を通って流れるときに前記流体を加熱する。「給電導体」は、任意の所望の導電体、特に供給導体を意味すると理解されるべきであり、「給電」という用語は、交流電流源または交流電圧源から管路への流れ方向を示す。「戻り導体」は、原理的には、管路を通過した後に交流電流を、特に交流電流源または交流電圧源に導くように適合された任意の所望の導電体を意味すると理解されるべきである。「戻り」という用語は、管路から交流電流源または交流電圧源への流れ方向を示す。

【0041】

電気加熱可能な反応器は、少なくとも１つの直流電流源および／または少なくとも１つの直流電圧源を備えることができる。「直流電流源」は、直流電流を提供するように適合された装置を意味すると理解されるべきである。「直流電圧源」は、直流電圧を提供するように適合された装置を意味すると理解されるべきである。直流電流源および／または直流電圧源は、それぞれの管路内に直流電流を生成するように構成される。「直流電流」という用語は、強度および方向が実質的に一定である電流を意味すると理解されるべきである。「直流電圧」という用語は、実質的に一定の電圧を意味すると理解されるべきである。電流または電圧は、その変動が意図された効果にとって重要でない場合、「実質的に一定」であると理解され得る。

【0042】

電気加熱可能な反応器は、複数の直流電流源および／または直流電圧源を含むことができる。管路の各々は、特に少なくとも１つの電気接続を介して電気的に、それぞれの管路に接続される割り当てられたそれぞれの直流電流源および／または直流電圧源を有することができる。直流電流源および／または直流電圧源とそれぞれの管路とを接続するために、電気加熱可能な反応器１２２は、２～Ｎ個の正端子および／または導体と、２～Ｎ個の負端子および／または導体とを備えることができ、Ｎは３以上の自然数である。それぞれの直流電流源および／または直流電圧源は、それぞれの管路内に電流を生成するように適合され得る。生成された電流は、電流が導電性管材料を通過するときに形成されるジュール熱によってそれぞれの管路を加熱して、流体を加熱することができる。

【0043】

反応管は、例えば、特許文献９に記載されているように構成することができ、その内容は、参照により本明細書に組み込まれ、流体を収容するための少なくとも１つの導電性管路および／または少なくとも１つの導電性管路セグメントと、少なくとも１つの直流電流源および／または直流電圧源とを含む。それぞれの直流電流源および／または直流電圧源は、それぞれの管路および／またはそれぞれの管路セグメントに電流を生成するように構成され得、電流が導電性管材料を通過するときに形成されるジュール熱によってそれぞれの管路および／またはそれぞれの管路セグメントを加熱して流体を加熱することができる。

【0044】

電気加熱可能な反応器は、例えば、放射の使用によって、特に誘導、赤外線および／またはマイクロ波放射の使用によって、電気的に加熱可能であり得る。

【0045】

電気加熱可能な反応器は、例えば、少なくとも１つの導電性媒体の使用によって加熱可能であってもよい。電流源または電圧源、交流電流、交流電圧または直流電流、直流電圧は、導電性媒体内に電流を生成するように適合され得、電流が導電性媒体を通過するときに形成されるジュール熱によって電気加熱可能な反応器を加熱する。導電性媒体および電気加熱可能な反応器は、導電性媒体が電気加熱可能な反応器を少なくとも部分的に取り囲む、および／または電気加熱可能な反応器が導電性媒体を少なくとも部分的に取り囲むように、互いに対して配置されてもよい。導電性媒体は、固体、液体および気体ならびに混合物、例えばエマルジョンおよび懸濁液から構成される群から選択される物質の固体、液体および／または気体状態を呈し得る。導電性媒体は、例えば、導電性粒状物または導電性流体であってもよい。導電性媒体は、炭素、炭化物、ケイ化物、導電性油、塩溶融物、無機塩および固体／液体混合物から構成される群から選択される少なくとも１つの材料を含んでもよい。導電性媒体は、０．１Ωｍｍ^２／ｍ≦ρ≦１０００Ωｍｍ^２／ｍ、好ましくは１０Ωｍｍ^２／ｍ≦ρ≦１０００Ωｍｍ^２／ｍの比抵抗ρを有することができる。

【0046】

電気加熱可能な反応器は、原料を２００℃～１７００℃の温度に加熱するように適合されてもよい。反応器は、特に、予熱された流体を、加熱によって、予め決められたまたは予め指定された温度値にさらに加熱するように適合されてもよい。温度範囲は、用途とは無関係であり得る。流体は、例えば、２００℃～１７００℃、好ましくは３００℃～１４００℃、特に好ましくは４００℃～８７５℃の範囲の温度に加熱されてもよい。

【0047】

電気加熱可能な反応器は、例えば、スチームクラッカーの一部であってもよい。「水蒸気分解」は、油、バイオディーゼル、再生可能原料からの液体、熱分解油、廃油によって、ナフサ、プロパン、ブタンおよびエタンならびに軽油および水素化ワックスなどの比較的長鎖の炭化水素を熱分解することにより、蒸気の存在下で短鎖炭化水素に変換するプロセスを意味すると理解されるべきである。水蒸気分解により、エチレン、プロピレン、ブテンおよび／またはブタジエンおよびベンゼンを反応生成物として得ることができる。メタン、エタン、プロパンおよび／または水素は、例えば副生成物として生成され得る。電気加熱可能な反応器は、予熱された流体を５５０℃～１７００℃の範囲の温度に加熱するためのスチームクラッカーでの使用に適合させることができる。

【0048】

電気加熱可能な反応器は、例えば、特に水蒸気改質のための、改質炉の一部であり得る。「水蒸気改質」は、水および炭素含有エネルギーキャリア、特に炭化水素、例えば、天然ガス、軽質ガソリン、メタノール、バイオガスまたはバイオマスから、水素および炭素酸化物を生成するプロセスを意味すると理解されるべきである。流体は、例えば、２００℃～８７５℃、好ましくは４００℃～７００℃の範囲の温度に加熱され得る。出発材料としても知られる使用可能な原料には、バイオオイル、バイオディーゼル、再生可能な原料、熱分解油、廃油が含まれる。Ｈ２およびＣＯが主生成物として形成され得、メタン、エタンまたはプロパンが副生成物として形成され得る。

【0049】

電気加熱可能な反応器は、例えば、脱水素化のための装置の一部であってもよい。「脱水素化」は、アルカンの脱水素化、例えばブタンのブテンへの脱水素化（ＢＤＨ）またはプロパンのプロペンへの脱水素化（ＰＤＨ）によって、アルケンを生成するプロセスを意味すると理解されるべきである。脱水素化のための装置は、流体を４００℃～７００℃の範囲の温度に加熱するように適合されてもよい。使用される原料はエチルベンゼンであり得る。スチレンおよびアセチレンは、主生成物として１７００℃で形成され得る。

【0050】

しかしながら、温度および温度範囲が考えられる。

【0051】

プラントは、特に反応器の反応空間から予熱器への反応空間雰囲気の、大気交換を可能にするように適合された少なくとも１つの大気側接続部を備えてもよい。これは、特に、予熱器の煙道ガス流で反応空間雰囲気を排出することを可能にする。

【0052】

プラントは、電気加熱可能な反応器から予熱器への原料の戻り流を可能にするように適合された少なくとも１つの安全装置を備えてもよい。本発明の文脈において、「安全装置」は、故障の場合に、電気加熱可能な反応器の排気を可能にする装置を意味すると理解されるべきである。

【0053】

プラントは、少なくとも１つの換気装置を備えることができる。本発明の文脈において、「換気装置」は、プラントの任意の所望の要素を冷却するように適合された装置を意味すると理解されるべきである。換気装置は、電気加熱可能な反応器を加熱するための電源を冷却するように適合されてもよい。換気装置は、電源の動作温度、特に温度範囲を確保するように適合されてもよい。これにより、電源の過熱を回避することができる。換気装置は、空気、特に周囲空気を使用して、電源を冷却するように適合されてもよい。冷却プロセス中および／または冷却プロセスの結果として、周囲空気を加熱することができる。換気装置は、周囲空気、特に電源冷却によって加熱された周囲空気を、予熱器に供給するように適合されてもよい。加熱された周囲空気は、周囲空気の追加の加熱を必要とせずに予熱器内で直接使用することができる。

【0054】

プラントは、進行中の反応生成物および／または副生成物の化学反応を終結させるように適合された、熱伝達装置とも呼ばれる少なくとも１つの熱交換器を備えてもよい。熱交換器は、流体の輸送方向において、電気加熱可能な反応器の下流のプラントに配置される。熱交換器は、電気加熱可能な反応器によって生成された高温分解ガスを、特に３５０℃～４００℃の温度に冷却するように適合されてもよい。熱交換器は、例えば、熱冷却器、特に高圧ボイラ供給水冷却器を備えてもよい。

【0055】

プラントは、反応生成物および副生成物を分離するように適合された少なくとも１つの分離部を含むことができる。本発明の文脈において、「分離部」は、分解ガス中に存在する物質を互いに分離するように適合された装置を意味すると理解されるべきである。分離は、精製を含み得る。分離部は、少なくとも１つの分離工程、例えば少なくとも１つの蒸留、特に精留を行うように適合されてもよい。分離部は、吸収および／または抽出部と、分解ガスを圧縮するように適合された圧縮機とをさらに備えてもよい。圧縮機のプロセスにおけるその配置に関して、分離要素の上流に配置することができる。分離部は、様々なプロセス工学分離工程を使用して分解物を精製するように適合されてもよい。分離工程は、蒸留、抽出、精留、吸着、吸収、圧縮、水素化および相分離のうちの１つ以上を含み得る。分離工程を実行するための分離要素は、分解および圧縮の下流のプロセスに配置されてもよい。そのような分離工程およびプロセスは、当業者に公知である。分離部は、生成される主生成物が分離部を通過した後に純粋な形態になるように適合されてもよい。

【0056】

プラントは、少なくとも１つの蒸気システムをさらに備えてもよい。蒸気システムは、蒸気ドラムとしても知られる少なくとも１つの蒸気分離器を備えることができる。蒸気システムは、予熱器内のボイラ供給水を予熱し、それを蒸気ドラムに導入するように適合されてもよい。蒸気システムは、蒸気ドラムからのボイラ供給水を熱交換器に導入することができるように、蒸気ドラムと熱交換器との間に少なくとも１つの接続部を備えてもよい。熱交換器は、ボイラ供給水および飽和蒸気を蒸気ドラムに戻すように適合されてもよい。蒸気システムはさらに、蒸気ドラムからの飽和蒸気を予熱器に通すことができるように、蒸気ドラムと予熱器との間に少なくとも１つの接続部を備えてもよい。予熱器は、飽和蒸気を少なくとも短時間過熱するように適合されてもよい。結果として生じる過熱された高圧蒸気は、予熱器から出て、例えば発電のために、タービンを駆動するために利用することができる。

【0057】

プラントは、少なくとも１つの熱統合装置を備える。本発明の文脈において、「熱統合装置」は、熱回収して反応生成物を製造するために、生成された副生成物を使用する、特に再使用またはさらに使用するように適合された装置を意味すると理解されるべきである。反応生成物として望ましくない分解ガス、特にメタンおよび水素、エタンおよびプロパンの留分は、予熱器に再循環され得る。特に、電気加熱可能な反応器によって生成された過剰量のメタン留分は、予熱器に再循環され得る。熱統合装置は、予熱器に副生成物を少なくとも部分的に供給するように適合される。熱統合装置は、電気加熱可能な反応器から、特に分離部から、予熱器に副生成物を少なくとも部分的に導くおよび／または輸送するように適合された少なくとも１つの管路を備えることができる。本発明の文脈において、「少なくとも部分的に」は、生成された副生成物が予熱器に完全に供給される実施形態が考えられること、および生成された副生成物の一部が予熱器に供給される実施形態が考えられることを意味すると理解されるべきである。予熱器は、原料を予熱するために必要なエネルギーを副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合される。予熱器は、原料およびプロセス蒸気を加熱するために必要なエネルギーを副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合されてもよい。リサイクルされた副生成物は、予熱器内で燃焼され、予熱器内のプロセスのエネルギー需要を少なくとも部分的にカバーすることができる。分解ガスからの過剰量のメタン留分は、予熱器の発火および過熱に利用することができる。本発明の文脈において、「少なくとも部分的に生成する」は、エネルギーが副生成物から完全に生成されることを意味すると理解されるべきであり、および／または、例えば別のプラント、燃焼炉に基づく従来の反応器、および／またはさらなる電気加熱可能な反応器から燃焼のためのさらなるガスが予熱器に供給される実施形態が考えられる。供給されない副産物は、例えば、さらなる製品の製造のために、または半製品として、例えば、さらなるプラントまたはプラントのさらなる領域に排出されてもよい。可能性のある副生成物には、エタンおよび／またはプロパンが含まれる。

【0058】

プラントは、電気加熱可能な反応器によって変換されていない原料を予熱器に供給するように適合された少なくとも１つの原料統合装置を備えてもよい。本発明の文脈において、「原料統合装置」は、反応生成物を製造するための原料として未変換の原料を使用する、特に再使用またはさらに使用するように適合された装置を意味すると理解されるべきである。原料統合装置は、電気加熱可能な反応器から、特に分離部から、予熱器に未変換の原料を少なくとも部分的に導くおよび／または輸送するように適合された少なくとも１つの管路を備えることができる。

【0059】

電気加熱可能な反応器は、既存のプラント、例えば従来のスチームクラッカーに完全に統合され得るが、電気加熱可能な反応器は対流ゾーンを含まない。完全な統合は、特に、過剰量のメタン留分の利用および分離部の存在により可能である。これにより、反応器空間の外側で既知の寸法の従来技術を使用することが可能になる。

【0060】

電気加熱可能な反応器のアップナンバリングは、ガス燃焼に基づく既存の炉と同様に可能であり得る。プラントは、複数の電気加熱可能な反応器を備えてもよい。プラントは、一体型対流ゾーンを有する少なくとも１つの反応器をさらに備えてもよい。一体型対流ゾーンを有する反応器は、加熱ガス、特に天然ガス、メタン、Ｈ２の燃焼から流体を加熱するために必要なエネルギーを生成するように適合された反応器を意味すると理解されるべきである。反応器の一体型対流ゾーンは、放射ゾーンによって画定されてもよい。

【0061】

電気加熱可能な反応器のアップスケーリングは、ガス燃焼に基づく既存の炉と同様に可能であり得る。電気加熱可能な反応器の直径および／または長さを大きくすることにより、より大量の反応生成物の生成を可能にすることができる。

【0062】

さらなる態様では、本発明は、本発明によるプラントを使用した反応生成物の製造における熱統合のための方法を提案する。方法ステップは、指定された順序で実行されてもよく、１つまたは複数のステップはまた、少なくとも部分的に同時に実行されてもよく、１つまたは複数のステップは複数回繰り返されてもよい。さらに、本明細書で言及されているか否かにかかわらず、さらなるステップがさらに実行されてもよい。

【0063】

方法は、
少なくとも１つの原料供給部を介して予熱器に少なくとも１つの原料を供給するステップと、
予熱器で原料を所定の温度に予熱するステップと、
予熱された原料を、少なくとも１つの電気加熱可能な反応器を用いて反応生成物および副生成物に少なくとも部分的に変換するステップと、
少なくとも１つの熱統合装置を用いて予熱器に副生成物を少なくとも部分的に供給するステップと、
予熱器を用いて原料を予熱するために必要なエネルギーを少なくとも部分的に副生成物から生成するステップと
を含む。

【0064】

実施形態および定義に関して、プラントの上記の説明を参照することができる。

【0065】

本発明によるプラントおよび本発明による方法は、既知の装置および方法の多くの利点を示す。本発明によるプラントおよび本発明による方法は、電気加熱可能な反応器の化学製造プラントへの統合、特に熱統合を可能にする。予熱に必要なエネルギーは、反応生成物の製造中に同様に生成される副生成物によってカバーすることができる。予熱およびクラッキングプロセスのための燃料のさらなる供給は、電気加熱可能な反応器の使用によって回避することができる。電気加熱可能な反応器を動作させるための電気は、再生可能な供給源から得ることができ、および／または提案された蒸気システムを介して自己発電することができる。本発明によるプラントは、燃焼炉に基づくプラントと比較して、改善されたエネルギーバランスおよび低減された排出物、例えばＣＯ２を可能にする。

【0066】

要約すると、以下の実施形態が本発明の文脈において特に好ましい。

【0067】

実施形態１：反応生成物を製造するためのプラントであって、プラントが少なくとも１つの予熱器を備え、プラントが、少なくとも１つの原料を予熱器に供給するように適合された少なくとも１つの原料供給部を備え、予熱器が、原料を所定の温度に予熱するように適合され、電気加熱可能な反応器が、予熱された原料を反応生成物および副生成物に少なくとも部分的に変換するように適合され、プラントが、予熱器に副生成物を少なくとも部分的に供給するように適合された少なくとも１つの熱統合装置を備え、予熱器が、原料を予熱するために必要なエネルギーを副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合される、プラント。

【0068】

実施形態２：プラントが、電気加熱可能な反応器によって変換されていない原料を予熱器に供給するように適合された少なくとも１つの原料統合装置を備えることを特徴とする、実施形態１に記載のプラント。

【0069】

実施形態３：プラントが少なくとも１つの換気装置を備え、換気装置が予熱器に周囲空気を供給するように適合され、換気装置が、電気加熱可能な反応器を加熱するための電源を冷却するようにさらに適合されることを特徴とする、実施形態１または２に記載のプラント。

【0070】

実施形態４：電気加熱可能な反応器が電流によって加熱可能であることを特徴とする、実施形態１から３のいずれかに記載のプラント。

【0071】

実施形態５：電気加熱可能な反応器が、多相交流電流および／または１相交流電流および／または直流電流および／または放射および／または誘導の使用によって電気的に加熱可能であることを特徴とする、実施形態１から４のいずれかに記載のプラント。

【0072】

実施形態６：電気加熱可能な反応器が、原料を２００℃～１７００℃の範囲の温度、好ましくは３００℃～１４００℃の範囲の温度、特に好ましくは４００℃～８７５℃の範囲の温度に加熱するように適合されていることを特徴とする、実施形態１から５のいずれかに記載のプラント。

【0073】

実施形態７：プラントが、進行中の反応生成物および／または副生成物の化学反応を終結させるように適合された少なくとも１つの熱交換器を備えることを特徴とする、実施形態１から６のいずれかに記載のプラント。

【0074】

実施形態８：プラントが、反応生成物および副生成物を分離するように適合された少なくとも１つの分離部を備えることを特徴とする、実施形態１から７のいずれかに記載のプラント。

【0075】

実施形態９：プラントが、電気加熱可能な反応器から予熱器への大気交換を可能にするように適合された少なくとも１つの大気側接続部を備えることを特徴とする、実施形態１から８のいずれかに記載のプラント。

【0076】

実施形態１０：プラントが、電気加熱可能な反応器から予熱器への原料の戻り流を可能にするように適合された少なくとも１つの安全装置を備えることを特徴とする、実施形態１から９のいずれかに記載のプラント。

【0077】

実施形態１１：プラントが、少なくとも１つのプロセス蒸気を予熱器に供給するように適合された少なくとも１つのプロセス蒸気供給部を備え、電気加熱可能な反応器が、プロセス蒸気の存在下で原料を分解ガスに変換するように適合され、予熱器が、原料を予熱するために必要なエネルギーを副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合されることを特徴とする、実施形態１から１０のいずれかに記載のプラント。

【0078】

実施形態１２：原料が、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、エチルベンゼン、軽油、縮合物、バイオ液体、バイオガス、熱分解油、廃油および再生可能な原料からの液体から構成される群から選択される少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする、実施形態１から１１のいずれかに記載のプラント。

【0079】

実施形態１３：反応生成物が、アセチレン、エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジエン、ベンゼン、スチレン、合成ガスから構成される群から選択される少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする、実施形態１から１２のいずれかに記載のプラント。

【0080】

実施形態１４：副生成物が、水素、メタン、エタン、プロパンから構成される群から選択される少なくとも１つの要素を含むことを特徴とする、実施形態１から１３のいずれかに記載のプラント。

【0081】

実施形態１５：プラントが、少なくとも１つの吸熱反応を行うためのプラント、加熱用プラント、予熱用プラント、スチームクラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化装置、改質器、乾式改質装置、スチレン製造装置、エチルベンゼン脱水素化装置、尿素、イソシアネート、メラミン分解装置、分解器、触媒分解器、脱水素化装置から構成される群から選択されることを特徴とする、実施形態１から１４のいずれかに記載のプラント。

【0082】

実施形態１６：プラントが、複数の電気加熱可能な反応器を備えることを特徴とする、実施形態１から１５のいずれかに記載のプラント。

【0083】

実施形態１７：プラントが、一体型対流ゾーンを有する少なくとも１つの反応器をさらに備えることを特徴とする、実施形態１から１６のいずれかに記載のプラント。

【0084】

実施形態１８：プラントに関する実施形態１から１７のいずれかに記載のプラントを使用した反応生成物の製造における熱統合の方法であって、方法が、
少なくとも１つの原料供給部を介して予熱器に少なくとも１つの原料を供給するステップと、
予熱器で原料を所定の温度に予熱するステップと、
予熱された原料を、少なくとも１つの電気加熱可能な反応器を用いて反応生成物および副生成物に少なくとも部分的に変換するステップと、
少なくとも１つの熱統合装置を用いて予熱器に副生成物を少なくとも部分的に供給するステップと、
予熱器を用いて原料を予熱するために必要なエネルギーを少なくとも部分的に副生成物から生成するステップと
を含む、方法。

【0085】

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、好ましい例示的な実施形態の以下の説明から明らかである。それぞれの特徴は、単独で、または互いに組み合わせて複数として実現されてもよい。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。例示的な実施形態は、図面に概略的に表されている。個々の図における同一の参照番号は、同一または機能的に同一または機能的に対応する要素を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0086】

【図1】本発明によるプラントの例示的な実施形態の概略図である。

【図2】本発明によるプラントの例示的な実施形態の概略図である。

【図3】本発明によるプラントの例示的な実施形態の概略図である。

【図4】本発明によるプラントの例示的な実施形態の概略図である。

【図5】スチームクラッカーの形態の本発明によるプラントのさらなる例示的な実施形態の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0087】

図１は、図１の矢印１１２によって概略的に表す反応生成物を製造するための本発明のプラント１１０の例示的な実施形態の概略図を示す。プラント１１０は、化学品製造プラントであってもよい。例えば、プラント１１０は、少なくとも１つの吸熱反応を行うためのプラント、加熱用プラント、予熱用プラント、スチームクラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化装置、改質器、乾式改質装置、スチレン製造装置、エチルベンゼン脱水素化装置、尿素、イソシアネート、メラミン分解装置、分解器、触媒分解器、脱水素化装置から構成される群から選択され得る。プラント１１０は、少なくとも１つの吸熱反応、予熱、水蒸気分解、水蒸気改質、脱水素化、改質、乾燥改質、スチレン製造、エチルベンゼン脱水素化、尿素、イソシアネート、メラミンの分解、分解、触媒分解、脱水素化から構成され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適合されてもよい。

【0088】

プラント１１０は、少なくとも１つの予熱器１１４を備える。予熱器１１４は、原料を所定の温度に予熱するように適合されている。原料は、供給中に第１の温度を有してもよい。例えば、第１の温度は１００℃であってもよい。予熱器１１４は、原料を第２の温度に加熱するように適合されてもよく、第２の温度は第１の温度よりも高い。所定の温度は、例えば、５００℃～７５０℃であってもよい。所定の温度は、原料、意図される化学反応および／または生成される反応生成物に依存し得る。予熱器１１４は、図５に示す少なくとも１つのバーナ１１６を備えてもよい。予熱器１１４は、ガス、例えばメタンの燃焼によって原料を予熱するためのエネルギー需要を作り出すように適合されてもよい。反応生成物の製造中に同様に生成されてリサイクルされた副生成物は、予熱器１１４で燃焼され、予熱器１１４での加熱に必要なエネルギーを少なくとも部分的に供給することができる。

【0089】

原料は、特に、化学反応が行われる反応物質であり得る。原料は、液体または気体の原料であってもよい。原料は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフテン系、エチルベンゼン、軽油、縮合物、バイオ液体、熱分解油、廃油および再生可能な原料からの液体から構成される群から選択される少なくとも１つの要素を含み得る。プラント１１０は、図１に矢印で概略的に表す少なくとも１つの原料供給部１１８を備える。原料供給部１１８は、少なくとも１つの原料を予熱器１１４に供給するように適合されている。原料供給部１１８は、少なくとも１つの管路または管路システムを備えてもよい。

【0090】

プラント１１０は、少なくとも１回プロセス蒸気を予熱器１１４に供給するように適合された少なくとも１つのプロセス蒸気供給部１２０を備え得る。プロセス蒸気供給部１２０は、同様に図１に矢印として表されている。プロセス蒸気は、特に、その存在下で原料が反応生成物および副生成物に変換され得る蒸気であり得る。プロセス蒸気は、例えば１８０℃～２００℃の温度を有する高温プロセス蒸気であってもよい。プロセス蒸気供給部１２０は、プロセス蒸気を予熱器１１４に供給するように適合させることができる。プロセス蒸気供給部１２０は、少なくとも１つの管路または管路システムを備えてもよい。

【0091】

プラント１１０は、少なくとも１つの電気加熱可能な反応器１２２を備える。電気加熱可能な反応器１２２は、予熱された原料を反応生成物および副生成物に少なくとも部分的に変換するように適合されている。電気加熱可能な反応器１２２は、プロセス蒸気の存在下で原料を分解ガスに変換するように適合されてもよい。

【0092】

プラント１１０は、予熱器１１４によって予熱された、特に過熱された流体を電気加熱可能な反応器１２２に供給するように適合された、少なくとも１つの供給管路１２４（例えば図４および図５を参照）を備え得る。特に、予熱器１１４によって予熱された原料および／または原料とプロセス蒸気との予熱された混合物は、供給管路１２４を介して、電気加熱可能な反応器１２２に供給されてもよい。流体は、気体媒体および／または液体媒体であり得る。流体は、特に、予熱器１１４によって過熱された原料とプロセス蒸気との混合物であり得る。流体は、例えば、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もよい。流体は、例えば、水または蒸気であってもよく、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さらに含んでもよい。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もよい。

【0093】

プラント１１０は、主生成物および副生成物が生成される化学反応の進行を可能にするように適合され得る。反応生成物は、アセチレン、エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジエン、ベンゼン、スチレン、合成ガスから構成される群から選択される少なくとも１つの要素を含んでもよい。副生成物は、反応生成物に加えて生成される化学反応のさらなる生成物であり得る。副生成物は、水素、メタン、エタン、プロパンから構成される群から選択される少なくとも１つの要素を含み得る。

【0094】

電気加熱可能な反応器１２２は、少なくとも１つの化学プロセスの進行を可能にする、および／または少なくとも１つの化学反応の実行を可能にするように適合されてもよい。電気加熱可能な反応器１２２は、電動式反応器であってもよい。電気加熱可能な反応器１２２は、電流を使用して反応器内に存在する流体を加熱するように適合され得る。電気加熱可能な反応器１２２は、電流によって加熱可能であり得る。電流の供給は、図１の矢印１３０で表されている。反応器１２２を加熱するために任意の所望の電源からの電気を原理的には使用することができる。再生可能エネルギー源からの電気を有利に使用することができ、したがってプラント１１０の気候適合性をさらに高めることができる。さらに、反応生成物を製造するための予熱器１１４の使用は、必要とされる電気加熱可能な反応器内のプロセスのための部分的な電力供給のみをもたらすことができる。これにより、電力需要を制限することができる。プラント１１０の残りの要素とは独立した電気および変圧器の概念が、電気加熱可能な反応器１２２に対して可能であり得る。

【0095】

電気加熱可能な反応器１２２は、予熱された原料を収容するように適合された少なくとも１つの装置を備えてもよい。電気加熱可能な反応器１２２は、化学反応が進行し得る管路とも呼ばれる少なくとも１つの反応管１２６を備えてもよい（図５を参照）。反応管１２６は、例えば、流体を収容するための少なくとも１つの管路１２８および／または少なくとも１つの管路セグメントを備えることができる。反応管１２６は、予熱器１１４によって予熱された流体を、電気加熱可能な反応器１２２を通して輸送するようにさらに適合されてもよい。反応管１２６の形状および／または表面積および／または材料は、輸送される流体とは無関係であり得る。電気加熱可能な反応器１２２は、複数の管路１２８を備えてもよい。電気加熱可能な反応器１２２は、Ｌ個の管路１２８を備えてもよく、Ｌは２以上の自然数である。例えば、電気加熱可能な反応器１２２は、少なくとも２、３、４、５またはそれ以上の管路１２８を備えてもよい。電気加熱可能な反応器１２２は、例えば最大１００個の管路１２８を備えることができる。管路１２８は、同一であっても異なっていてもよい。

【0096】

管路１２８は、対称および／または非対称の管および／またはそれらの組み合わせを含み得る。純粋に対称的な構成の場合、電気加熱可能な反応器１２２は、同一の管タイプの管路１２８を備え得る。管タイプは、管路１２８の水平構成、管路１２８の垂直構成、入口（ｌ１）および／または出口（ｌ２）および／または移行部（ｌ３）の長さ、入口（ｄ１）および出口（ｄ２）および／または移行部（ｄ３）の直径、パス数ｎ、パス毎の長さ、パス毎の直径、形状、表面積、および材料から構成される群から選択される少なくとも１つの特徴によって特徴付けられ得る。電気加熱可能な反応器１２２は、並列および／または直列に接続された少なくとも２つの異なる管タイプの組み合わせを含んでもよい。電気加熱可能な反応器１２２は、例えば、入口（ｌ１）および／または出口（ｌ２）および／または移行部（ｌ３）に異なる長さの管路１２８を備えてもよい。電気加熱可能な反応器は、例えば、入口（ｄ１）および／または出口（ｄ２）および／または移行部（ｄ３）の直径の非対称性を有する管路を備えてもよい。例えば、電気加熱可能な反応器は、例えば異なるパス数を有する管路１２８を備えてもよい。電気加熱可能な反応器１２２は、例えば、パス毎に長さが異なる、および／またはパス毎に直径が異なるパスを有する管路１２８を備えてもよい。任意の管タイプの並列および／または直列の任意の所望の組み合わせが原理的には考えられる。

【0097】

電気加熱可能な反応器１２２は、複数の入口および／または出口および／または生成流を含んでもよい。異なるまたは同一の管タイプの管路１２８が、複数の入口および／または出口と並列および／または直列に配置されてもよい。管路１２８は、モジュール式システムの形態で異なる管タイプで存在し、意図された用途に応じて所望に応じて選択および組み合わされてもよい。異なる管タイプの管路１２８の使用は、反応の供給および／または選択的収率および／または最適化されたプロセス工学を変化させる場合に、反応のより正確な温度管理および／または適合を達成することを可能にする。管路１２８は、同一または異なる形状および／または表面積および／または材料を有し得る。

【0098】

管路１２８は連続的に接続され、したがって流体を収容するための管システムを形成することができる。管システムは、供給管路および排出管路を備えてもよい。管システムは、流体を受け入れるための少なくとも１つの入口を備えることができる。管システムは、流体を排出するための少なくとも１つの出口を備えることができる。管路１２８は、流体が管路１２８を通って連続的に流れるように配置および接続され得る。管路１２８は、流体が少なくとも２つの管路１２８を並列に通って流れることができるように、互いに並列に接続されてもよい。管路１２８、特に並列に接続された管路１２８は、異なる流体を並列に輸送するように適合され得る。並列に接続された管路１２８は、特に、異なる流体の輸送のために互いに異なる形状および／または表面積および／または材料を有することができる。特に、流体の輸送のために、複数またはすべての管路１２８を並列に構成してもよく、したがって、並列に構成された前記管路１２８にわたって流体を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。

【0099】

反応管１２６は、例えば、流体を収容するための少なくとも１つの導電性管路１２８を含むことができる。しかしながら、非導電性管路１２８または導電性が低い管路１２８の実施形態も考えられる。

【0100】

管路１２８ならびに対応する供給および排出管路１２８は、互いに流体接続していてもよい。導電性管路２８を使用する場合、供給および排出管路１２８は、互いにガルバニック分離されてもよい。電気加熱可能な反応器１２２は、図示されていない少なくとも１つの絶縁体、特に複数の絶縁体を備え得る。それぞれの管路１２８と供給および排出管路１２８との間のガルバニック分離は、絶縁体によって確保されてもよい。絶縁体は、流体の自由な通過を保証することができる。

【0101】

電気加熱可能な反応器１２２は、多相交流電流および／または１相交流電流および／または直流電流および／または放射の使用によって電気的に加熱され得る。

【0102】

電気加熱可能な反応器１２２は、少なくとも１つの交流電流源および／または少なくとも１つの交流電圧源を備えることができる。交流電流源および／または交流電圧源は、１相または多相であってもよい。交流電流は、例えば正弦波交流であってもよい。交流電圧は、例えば正弦波交流電圧であってもよい。交流電圧源によって生成された電圧は、電流の流れ、特に交流電流の流れをもたらす。電気加熱可能な反応器１２２は、複数の単相または多相交流電流源または交流電圧源を含むことができる。管路１２８の各々は、特に少なくとも１つの電気接続を介して電気的に、それぞれの管路１２８に接続される割り当てられたそれぞれの交流電流源および／または交流電圧源を有することができる。少なくとも２つの管路１２８が交流電流源および／または交流電圧源を共有する実施形態も考えられる。交流電流源または交流電圧源およびそれぞれの管路１２８を接続するために、電気加熱可能な反応器１２２は、２～Ｎ個の給電導体および２～Ｎ個の戻り導体を含むことができ、Ｎは３以上の自然数である。それぞれの交流電流源および／または交流電圧源は、それぞれの管路１２８内に電流を生成するように適合され得る。交流電流源および／または交流電圧源は、制御されても制御されなくてもよい。交流電流源および／または交流電圧源は、少なくとも１つの電気的開始値を制御するオプションの有無にかかわらず構成することができる。電気加熱可能な反応器１２２は、２～Ｍ個の異なる交流電流源および／または交流電圧源を含むことができ、Ｍは３以上の自然数である。交流電流源および／または交流電圧源は、互いに独立して電気的に制御可能であってもよい。したがって、例えば、それぞれの管路１２８内の異なる電流および管路１２８内の異なる温度を達成することが可能である。電気加熱可能な反応器１２２は、例えば、特許文献８、特許文献１０に記載されているように、または２０２０年２月１４日に出願された欧州特許第２０１５７５１６．４号明細書に記載されているように構成することができ、これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。

【0103】

電気加熱可能な反応器１２２は、少なくとも１つの直流電流源および／または少なくとも１つの直流電圧源を備えることができる。直流電流源および／または直流電圧源は、それぞれの管路１２８内に直流電流を生成するように構成される。電気加熱可能な反応器１２２は、複数の直流電流源および／または直流電圧源を含むことができる。管路１２８の各々は、特に少なくとも１つの電気接続を介して電気的に、それぞれの管路１２８に接続される割り当てられたそれぞれの直流電流源および／または直流電圧源を有することができる。直流電流源および／または直流電圧源とそれぞれの管路１２８とを接続するために、電気加熱可能な反応器１２２は、２～Ｎ個の正端子および／または導体と、２～Ｎ個の負端子および／または導体とを備えることができ、Ｎは３以上の自然数である。それぞれの直流電流源および／または直流電圧源は、それぞれの管路１２８内に電流を生成するように適合され得る。生成された電流は、電流が導電性管材料を通過するときに形成されるジュール熱によってそれぞれの管路１２８を加熱して、流体を加熱することができる。電気加熱可能な反応器１２２は、例えば、特許文献９に記載されているように構成することができ、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。

【0104】

電気加熱可能な反応器１２２は、例えば、放射の使用によって、特に誘導、赤外線および／またはマイクロ波放射の使用によって、電気的に加熱可能であり得る。

【0105】

電気加熱可能な反応器１２２は、例えば、少なくとも１つの導電性媒体の使用によって加熱可能であってもよい。電流源または電圧源、交流電流、交流電圧または直流電流、直流電圧は、導電性媒体内に電流を生成するように適合され得、電流が導電性媒体を通過するときに形成されるジュール熱によって電気加熱可能な反応器１２２を加熱する。導電性媒体および電気加熱可能な反応器１２２は、導電性媒体が電気加熱可能な反応器１２２を少なくとも部分的に取り囲む、および／または電気加熱可能な反応器１２２が導電性媒体を少なくとも部分的に取り囲むように、互いに対して配置されてもよい。導電性媒体は、固体、液体および気体ならびに混合物、例えばエマルジョンおよび懸濁液から構成される群から選択される物質の固体、液体および／または気体状態を呈し得る。導電性媒体は、例えば、導電性粒状物または導電性流体であってもよい。導電性媒体は、炭素、炭化物、ケイ化物、導電性油、塩溶融物、無機塩および固体／液体混合物から構成される群から選択される少なくとも１つの材料を含んでもよい。導電性媒体は、０．１Ωｍｍ^２／ｍ≦ρ≦１０００Ωｍｍ^２／ｍ、好ましくは１０Ωｍｍ^２／ｍ≦ρ≦１０００Ωｍｍ^２／ｍの比抵抗ρを有することができる。

【0106】

電気加熱可能な反応器１２２は、原料を２００℃～１７００℃の温度に加熱するように適合されてもよい。反応器１２２は、特に、予熱された流体を、加熱によって、予め決められたまたは予め指定された温度値にさらに加熱するように適合されてもよい。温度範囲は、用途とは無関係であり得る。流体は、例えば、２００℃～１７００℃、好ましくは３００℃～１４００℃、特に好ましくは４００℃～８７５℃の範囲の温度に加熱されてもよい。

【0107】

電気加熱可能な反応器１２２は、例えば、図５に示すようなスチームクラッカーの一部であってもよい。「水蒸気分解」は、比較的長鎖の炭化水素、例えばナフサ、プロパン、ブタンおよびエタンならびに軽油および水素化ワックス、バイオオイル、バイオディーゼル、再生可能原料からの液体、熱分解油、廃油を熱分解することにより、蒸気の存在下で短鎖炭化水素に変換するプロセスを意味すると理解されるべきである。水蒸気分解により、エチレン、プロピレン、ブテンおよび／またはブタジエンおよびベンゼンを反応生成物として得ることができる。メタン、エタン、プロパンおよび／または水素は、例えば副生成物として生成され得る。電気加熱可能な反応器１２２は、予熱された流体を５５０℃～１７００℃の範囲の温度に加熱するためのスチームクラッカーでの使用に適合させることができる。出発材料としても知られる原料には、バイオオイル、バイオディーゼル、再生可能な原料からの液体、熱分解油、廃油が含まれ得る。形成される主生成物はブテンであってもよく、形成される副生成物はエタンまたはプロパンであってもよい。

【0108】

プラント１１０は、予熱器１１４に副生成物を少なくとも部分的に供給するように適合された少なくとも１つの熱統合装置１３２を備える。予熱器は、原料およびプロセス蒸気を加熱するために必要なエネルギーを副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合される。熱統合装置１３２は、熱回収して反応生成物を製造するために、生成された副生成物を使用する、特に再使用またはさらに使用するためのものであり得る。反応生成物として望ましくない分解ガス、特にメタンおよび水素、エタンおよびプロパンの留分は、予熱器１１４に再循環され得る。特に、電気加熱可能な反応器１２２によって生成された過剰量のメタン留分は、予熱器に再循環され得る。熱統合装置１３２は、予熱器１１４に副生成物を少なくとも部分的に供給するように適合される。熱統合装置１３２は、電気加熱可能な反応器から予熱器１１４に副生成物を少なくとも部分的に導くおよび／または輸送するように適合された少なくとも１つの管路を備えることができる。生成された副生成物は、すべて予熱器１１４に供給されてもよいし、生成された副生成物の一部が予熱器１１４に供給されてもよい。予熱器１１４は、原料を予熱するために必要なエネルギーを副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合される。予熱器１１４は、原料およびプロセス蒸気を加熱するために必要なエネルギーを副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合されてもよい。リサイクルされた副生成物は、予熱器１４４内で燃焼され、予熱器内のプロセスのエネルギー需要を少なくとも部分的にカバーすることができる。分解ガスからの過剰量のメタン留分は、予熱器１１４の発火および過熱に利用することができる。予熱器には、例えば別のプラント、燃焼炉に基づく従来の反応器、および／またはさらなる電気加熱可能な反応器から、燃焼のためのさらなるガスが供給されてもよい。さらなるガスの供給は、図５の矢印１３４によって示されている。供給されない副産物は、例えば、さらなる製品の製造のために、または半製品として、例えば、さらなるプラントまたはプラント１１０のさらなる領域に排出されてもよい。

【0109】

図２は、プラント１１０のさらなる実施形態を概略図で示す。図２に示す実施形態の説明については、図１の説明を参照することができる。図２に示す実施形態では、プラント１１０は、進行中の反応生成物および／または副生成物の化学反応を終結させるように適合された少なくとも１つの熱交換器１３６を備える。熱交換器１３６は、流体の輸送方向において、電気加熱可能な反応器１２２の下流のプラント１１０に配置される。プラント１１０は、反応器１２２から熱交換器１３６に分解ガスを導くように適合された少なくとも１つの管路１３８を備えることができる。熱交換器１３６は、電気加熱可能な反応器１２２によって生成された高温分解ガスを、特に３５０℃～４００℃の温度に冷却するように適合されてもよい。熱交換器１３６は、例えば、熱冷却器、特に高圧ボイラ供給水冷却器を備えてもよい。

【0110】

プラント１１０は、反応生成物および副生成物を分離するように適合された少なくとも１つの分離部１４０を含むことができる。分離部１４０は、分解ガス中に存在する物質を互いに分離するように適合され得る。さらなる管路１４２を介して、分解ガスを分離部１４０に供給することができる。分離部１４０は、少なくとも１つの分離工程、例えば少なくとも１つの蒸留、特に精留を行うように適合されてもよい。分離部１４０は、吸収および／または抽出部と、分解ガスを圧縮するように適合された圧縮機とをさらに備えてもよい。そのような分離工程およびプロセスは、当業者に公知である。分離部１４０は、生成される主生成物が分離部１４０を通過した後に純粋な形態になるように適合されてもよい。

【0111】

プラント１１０は、電気加熱可能な反応器１２２によって変換されていない原料を予熱器１１４に供給するように適合された、図２に矢印で概略的に示す少なくとも１つの原料統合装置１４４を備えてもよい。原料統合装置１４４は、反応生成物を製造するための原料として未変換の原料を使用する、特に再使用またはさらに使用するように適合されてもよい。原料統合装置１４４は、電気加熱可能な反応器１２２から、特に分離部１４０から、予熱器１１４に未変換の原料を少なくとも部分的に導くおよび／または輸送するように適合された、例えば図３に示す少なくとも１つの管路を備えることができる。

【0112】

図３は、プラント１１０のさらなる実施形態を概略図で示す。図３に示す実施形態の説明については、図１および図２の説明を参照することができる。上記のように、原料およびプロセス蒸気は、いずれの場合も、管路内の予熱器１１４に供給され、それを通過し、前記予熱器によって加熱され得る。予熱器１１４は、特に、図３の参照番号１４６で表すように、原料を過熱するように適合されてもよい。プラント１１０は、予熱された原料と予熱されたプロセス蒸気とを混合するように適合されてもよい。プロセス蒸気と混合された原料は、例えばさらなる管路を介して、バーナ１１６に近い予熱器１１４の領域に通され、過熱されてもよい。例えば、プロセス蒸気と混合された原料は、クラッキング温度よりいくらか低い温度まで過熱されてもよい。その後、過熱された流体は、電気加熱可能な反応器１２２に通され、その中で分解されてもよい。

【0113】

プラント１１０は、少なくとも１つの蒸気システム１４８をさらに備えてもよい。蒸気システム１４８は、例えば図４および図５に示す蒸気ドラム１５０としても知られる少なくとも１つの蒸気分離器を備えることができる。蒸気システム１４８は、予熱器１１４内のボイラ供給水１５２を予熱し、それを蒸気ドラム１５０に導入するように適合されてもよい。蒸気システム１４８は、蒸気ドラム１５０からのボイラ供給水を熱交換器１３６に導入することができるように、蒸気ドラム１５０と熱交換器１３６との間に少なくとも１つの接続部１５４を備えてもよい。熱交換器１３６は、例えば少なくとも１つの管路１５６を介して、ボイラ供給水および飽和蒸気を蒸気ドラム１５０に戻すように適合されてもよい。蒸気システム１４８はさらに、蒸気ドラム１５０からの飽和蒸気を予熱器１１４に通すことができるように、蒸気ドラム１５０と予熱器１１４との間に少なくとも１つの接続部１５８を備えてもよい。予熱器１１４は、飽和蒸気を少なくとも短時間過熱するように適合されてもよい。結果として生じる過熱された高圧蒸気は、予熱器１１４から出て、例えば発電のために、タービンを駆動するために利用することができる（矢印１６０で表す）。

【0114】

プラント１１０は、図３に示す少なくとも１つの冷却回路１６２をさらに備えることができる。冷却回路１６２は、冷凍回路とも呼ばれ、１または複数の適切な冷媒を含む開回路または閉回路であってもよい。さらに、冷媒回路は、１つまたは複数の凝縮および蒸発工程を含むことができる。冷媒の凝縮後に、個々の異なるプロセス段階に圧縮機の最終圧力で液体冷媒を供給することができる。冷媒は、個々のプロセス段階で蒸発させることができ、プロセス段階における異なる圧力レベルへの蒸発により、必要な冷凍能力を提供する。冷凍コンシューマで蒸発した冷媒は、多段圧縮機によって必要な最終圧力まで再圧縮することができる。

【0115】

図４は、プラント１１０のさらなる実施形態を概略図で示す。図４に示す実施形態の説明については、図１～図３の説明を参照することができる。図４は、下から上へ温度が低下する予熱器１１４の異なる領域を示す。バーナ１１６から最も遠い領域１６４では、ボイラ供給水１５２が加熱されてもよい。原料の受け入れおよび原料の予熱は、その下に配置された領域１６６で行われてもよい。領域１６８は、領域１７０において過熱され得る蒸気ドラム１５０から導入された飽和蒸気の受け入れを示す。バーナ１１６に最も近い領域１７２において、プロセス蒸気と混合された原料は、クラッキング温度より幾分低い温度まで過熱されてもよい。予熱器１１４は、予熱器１１４からのオフガス１７４を排出することができる煙突を備えることができる。

【0116】

例えば、原料としてのナフサのクラッキングの場合、メタン留分のエネルギー利用は以下の通りであり得、製造プロセスはメタン留分のエネルギーを提供する。これは、例えば、２０％程度または最大２０％まで部分的に、ボイラ供給水１５２を加熱し、領域１６８および領域１７０で過熱蒸気を生成するために利用することができる。例えば、メタン留分のエネルギーの８０％または最大８０％を原料の予熱および過熱に利用することができる。

【0117】

図５は、スチームクラッカーの形態の本発明によるプラントのさらなる例示的な実施形態の概略図を示す。図５に示す実施形態の説明については、図１～図４の説明を参照することができる。電気加熱可能な反応器１２２は、既存のプラント、例えば従来のスチームクラッカーに完全に統合され得るが、電気加熱可能な反応器１２２は対流ゾーンを含まない。完全な統合は、特に、過剰量のメタン留分の利用および分離部１４０の存在により可能である。これにより、反応器空間の外側で既知の寸法の従来技術を使用することが可能になる。

【0118】

図５に示す実施形態では、電気加熱可能な反応器１２２内の管路１２８は、例えば交流電流によって加熱することができる。管路１２８に接続された３つの導体Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が示されている。プラント１１０は、少なくとも１つの換気装置１７６を備えてもよい。換気装置１７６は、プラント１１０の任意の所望の要素を冷却するように適合されてもよい。換気装置１７６は、電気加熱可能な反応器１２２を加熱するための電源を冷却するように適合されてもよい。換気装置１７６は、電源の動作温度、特に温度範囲を確保するように適合されてもよい。これにより、電源の過熱を回避することができる。換気装置１７６は、空気、特に周囲空気１７８を使用して、電源を冷却するように適合されてもよい。冷却プロセス中および／または冷却プロセスの結果として、周囲空気を加熱することができる。換気装置１７６は、周囲空気、特に電源冷却によって加熱された周囲空気を、例えば管路１８０を使用して、予熱器１１４に供給するように適合されてもよい。加熱された周囲空気は、周囲空気の追加の加熱を必要とせずに予熱器１１４内で直接使用することができる。プラント１１０は、特に反応器１２２の反応空間から予熱器１１４への反応空間雰囲気の、大気交換を可能にするように適合された少なくとも１つの大気側接続部を備えてもよい。これは、特に、予熱器１１４の煙道ガス流で反応空間雰囲気を排出することを可能にする。プラント１１０は、電気加熱可能な反応器１２２から予熱器１１４への原料の戻り流を可能にするように適合された少なくとも１つの安全装置１８２を備えてもよい。安全装置１８２は、故障の場合に電気加熱可能な反応器１２２の排気を可能にするように適合されてもよい。

【符号の説明】

【0119】

１１０ プラント
１１２ 反応生成物
１１４ 予熱器
１１６ バーナ
１１８ 原料供給部
１２０ プロセス蒸気供給部
１２２ 電気加熱可能な反応器
１２４ 供給管路
１２６ 反応管
１２８ 管路
１３０ 電流の供給
１３２ 熱統合装置
１３４ さらなるガスの供給
１３６ 熱交換器
１３８ 管路
１４０ 分離部
１４２ 管路
１４４ 原料統合装置
１４６ 原料過熱
１４８ 蒸気システム
１５０ 蒸気ドラム
１５２ ボイラ供給水
１５４ 接続部
１５６ 管路
１５８ 接続部
１６０ 高圧蒸気
１６２ 冷却回路
１６４ 領域
１６６ 領域
１６８ 領域
１７０ 領域
１７２ 領域
１７４ オフガス
１７６ 換気装置
１７８ 周囲空気
１８０ 管路
１８２ 安全装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2022-05-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

反応生成物を製造するためのプラント（１１０）であって、前記プラント（１１０）が、少なくとも１つの予熱器（１１４）を備え、前記プラント（１１０）が、前記予熱器（１１４）に少なくとも１つの原料を供給するように適合された少なくとも１つの原料供給部（１１８）を備え、前記予熱器（１１４）が、前記原料を所定の温度に予熱するように適合され、前記プラント（１１０）が、少なくとも１つの電気加熱可能な反応器（１２２）を備え、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が電動式反応器であり、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、電流を使用して前記反応器（１２２）内に存在する流体を加熱するように適合され、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、前記予熱された原料を反応生成物および副生成物に少なくとも部分的に変換するように適合され、前記プラント（１１０）が、前記予熱器（１１４）に前記副生成物を少なくとも部分的に供給するように適合された少なくとも１つの熱統合装置（１３２）を備え、前記予熱器（１１４）が、前記原料を予熱するために必要なエネルギーを前記副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合され、前記プラント（１１０）が、前記反応器（１２２）の前記電気加熱された管システムから前記予熱器（１１４）への前記原料の戻り流を可能にするように適合された少なくとも１つの安全装置（１８２）を備える、プラント（１１０）。

【請求項2】

前記プラント（１１０）が、前記電気加熱可能な反応器（１２２）によって変換されていない原料を前記予熱器（１１４）に供給するように適合された少なくとも１つの原料統合装置（１４４）を備える、請求項１に記載のプラント（１１０）。

【請求項3】

前記プラント（１１０）が少なくとも１つの換気装置（１７６）を備え、前記換気装置（１７６）が前記予熱器（１１４）に周囲空気を供給するように適合され、前記換気装置（１７６）が、前記電気加熱可能な反応器（１２２）を加熱するための電源を冷却するようにさらに適合されている、請求項１または２に記載のプラント（１１０）。

【請求項4】

前記電気加熱可能な反応器（１２２）が電流によって加熱可能である、請求項１から３のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項5】

前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、多相交流電流および／または１相交流電流および／または直流電流および／または放射および／または誘導の使用によって電気的に加熱可能である、請求項１から４のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項6】

前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、前記原料を２００℃～１７００℃の範囲の温度、好ましくは３００℃～１４００℃の範囲の温度、特に好ましくは４００℃～８７５℃の範囲の温度に加熱するように適合されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項7】

前記プラント（１１０）が、前記電気加熱可能な反応器（１２２）から前記予熱器（１１４）への大気交換を可能にするように適合された少なくとも１つの大気側接続部を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項8】

前記プラント（１１０）が、少なくとも１つのプロセス蒸気を前記予熱器（１１４）に供給するように適合された少なくとも１つのプロセス蒸気供給部（１２０）を備え、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、前記プロセス蒸気の存在下で前記原料を分解ガスに変換するように適合され、前記予熱器（１１４）が、前記原料を予熱するために必要なエネルギーを前記副生成物から少なくとも部分的に利用するように適合されている、請求項１から７のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項9】

前記原料供給部（１１８）が、前記少なくとも１つの原料を前記予熱器（１１４）に供給するように適合され、前記原料が、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ナフサ、エチルベンゼン、軽油、縮合物、バイオ液体、バイオガス、熱分解油、廃油および再生可能な原料からの液体から構成され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８のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項10】

前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、前記予熱された原料を反応生成物に少なくとも部分的に変換するように適合され、前記反応生成物が、アセチレン、エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジエン、ベンゼン、スチレン、合成ガスから構成され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９のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項11】

前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、前記予熱された原料を副生成物に少なくとも部分的に変換するように適合され、前記副生成物が、水素、メタン、エタン、プロパンから構成され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１０のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項12】

前記プラント（１１０）が、少なくとも１つの吸熱反応を行うためのプラント、加熱用プラント、予熱用プラント、スチームクラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化装置、改質器、乾式改質装置、スチレン製造装置、エチルベンゼン脱水素化装置、尿素、イソシアネート、メラミン分解装置、分解器、触媒分解器、脱水素化装置から構成される群から選択される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項13】

前記プラント（１１０）が、複数の電気加熱可能な反応器（１２２）を備え、および／または前記プラント（１１０）が、一体型対流ゾーンを有する少なくとも１つの反応器をさらに備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項14】

前記プラント（１１０）が少なくとも１つの蒸気システム（１４８）を備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載のプラント（１１０）。

【請求項15】

前記蒸気システム（１４８）が少なくとも１つの蒸気ドラム（１５０）を備え、前記蒸気システム（１４８）は、ボイラ供給水を前記予熱器（１１４）で予熱し、それを前記蒸気ドラム（１５０）に導入するように適合され、前記プラント（１１０）は、進行中の反応生成物および／または副生成物の化学反応を終結させるよう適合された少なくとも１つの熱交換器（１３６）を備え、前記蒸気システム（１４８）は、前記蒸気ドラムからの前記ボイラ供給水を前記熱交換器（１３６）に導入することができるように、前記蒸気ドラム（１５０）と前記熱交換器（１３６）との間に少なくとも１つの接続部を備え、前記熱交換器（１３６）は、前記ボイラ供給水および飽和蒸気を前記蒸気ドラム（１５０）に戻すように適合されており、前記蒸気システム（１４８）は、前記蒸気ドラム（１５０）からの飽和蒸気を前記予熱器（１１４）に通すことができるように、前記蒸気ドラム（１５０）と前記予熱器（１１４）との間に少なくとも１つの接続部を備え、前記予熱器は、前記飽和蒸気を少なくとも短時間過熱するように適合されている、請求項１４に記載のプラント（１１０）。

【請求項16】

プラントに関する請求項１から１５のいずれか一項に記載のプラント（１１０）を使用した反応生成物の製造における熱統合の方法であって、前記方法が、
少なくとも１つの原料供給部を介して予熱器（１１４）に少なくとも１つの原料を供給するステップと、
前記予熱器（１１４）で前記原料を所定の温度に予熱するステップと、
前記予熱された原料を、少なくとも１つの電気加熱可能な反応器（１２２）を用いて反応生成物および副生成物に少なくとも部分的に変換するステップであって、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が電動式反応器であり、前記電気加熱可能な反応器（１２２）が、電流を使用して前記反応器（１２２）に存在する流体を加熱するように適合され、前記プラント（１１０）が、前記反応器（１２２）の前記電気加熱された管システムから前記予熱器（１１４）への前記原料の戻り流を可能にするように適合された少なくとも１つの安全装置（１８２）を備える、ステップと、
少なくとも１つの熱統合装置を用いて前記予熱器（１１４）に前記副生成物を少なくとも部分的に供給するステップと、
前記予熱器（１１４）を用いて前記原料を予熱するために必要なエネルギーを少なくとも部分的に前記副生成物から生成するステップと
を含む、方法。

【国際調査報告】