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(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】2025-02-06
(54)【発明の名称】エネルギーの回収
(51)【国際特許分類】
H10N 10/17 20230101AFI20250130BHJP
F28D 20/00 20060101ALI20250130BHJP
H10N 10/853 20230101ALI20250130BHJP
H10N 10/854 20230101ALI20250130BHJP
【ＦＩ】
H10N10/17 Z
F28D20/00 G
H10N10/853
H10N10/854
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024547307
(86)(22)【出願日】2023-02-08
(85)【翻訳文提出日】2024-08-23
(86)【国際出願番号】 EP2023053074
(87)【国際公開番号】W WO2023152162
(87)【国際公開日】2023-08-17
(31)【優先権主張番号】22155975.0
(32)【優先日】2022-02-09
(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
(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】キアラ・アンネ・コッヘンデルファー
(72)【発明者】
【氏名】エリック・イェンネ
(72)【発明者】
【氏名】アンドレイ・シュストフ
(57)【要約】
本発明は、多数の管を備える装置（110）を提案する。管の少なくとも1つは、少なくとも1つの供給原料が流れるための反応管（112）として設定される。装置（110）は、反応管（112）を少なくとも部分的に取り囲む少なくとも1つのエネルギー回収シェル（130）を有する。エネルギー回収シェル（130）は、熱を電気エネルギーに変換するように設定された少なくとも1つの熱電発電装置を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
多数の管を備える装置（１１０）であって、前記管のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの供給原料が流れるための反応管（１１２）として設定され、前記装置（１１０）は、前記反応管（１１２）を少なくとも部分的に取り囲む少なくとも１つのエネルギー回収シェル（１３０）を有し、前記エネルギー回収シェル（１３０）は、熱を電気エネルギーに変換するように設定された少なくとも１つの熱電発電装置を有する、装置（１１０）。
【請求項2】
前記エネルギー回収シェル（１３０）が、前記反応管（１１２）の発熱反応で発生した熱を電気エネルギーに変換するように設定されている、請求項１に記載の装置（１１０）。
【請求項3】
前記発熱反応が、前記反応管（１１２）の堆積物のデコーキングおよび／または酸化中に進行する、請求項１または２に記載の装置（１１０）。
【請求項4】
前記エネルギー回収シェル（１３０）が、０．５以上、好ましくは０．８以上、より好ましくは１以上の熱電性能指数ＺＴを有する少なくとも１つの材料を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項5】
前記エネルギー回収シェル（１３０）が、鉛テルル（Ｐｂ－Ｔｅ）、少なくとも１つのテルリド、少なくとも１つのシリコーン、少なくとも１つのシリケート、少なくとも１つのシリサイド、少なくとも１つのＳｉ－Ｇｅシリサイド、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つのセラミック、少なくとも１つのスクッテルダイト、ＣｏＳｂ３スクッテルダイト、ゲルマニウム、少なくとも１つのセミホイスラー合金、Ｍｇ２（Ｓｎ，Ｓｉ）、Ｓｒ１－ｘＡｘＺｎ１－ｙＧａｙＳｎ１－ｚＸｚ（Ａ：Ｃａ，Ｂａ，Ｌａ，Ｅｕ；Ｘ：Ｓｉ，Ｓｂ）、Ｃａ１－ｘＡｘＡｌ２－ｙＴＭｙＳｉ２（Ａ＝Ｓｒ，Ｂａ；ＴＭ＝Ｍｎ，Ｚｎからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項6】
前記エネルギー回収シェル（１３０）が多数の前記熱電モジュールを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項7】
前記反応管（１１２）および前記エネルギー回収シェル（１３０）は同心配置であり、前記反応管（１１２）は内側管であり、前記エネルギー回収シェル（１３０）はさらに外側に配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項8】
前記反応管（１１２）が、少なくとも１つのフェライト材料、少なくとも１つのオーステナイト材料、少なくとも１つの金属、少なくとも１つの金属合金、銅、アルミニウム、鉄、鋼合金、Ｃｒ合金および／またはＮｉ合金、グラファイト、炭素、炭化物、ケイ化物からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含むか、または前記反応管（１１２）がセラミック管として構成される、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項9】
前記装置（１１０）は、少なくとも１つの通電加熱シェル（１２９）を有し、前記装置（１１０）は、前記加熱シェル（１２９）において電流を生成するように設定された少なくとも１つの電流または電圧源（１２６）を有し、加熱シェルは、前記加熱シェル（１２９）を前記電流が通過する際に生成するジュール熱によって前記反応管（１１２）を加熱する、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項10】
前記加熱シェル（１２９）が前記反応管（１１２）を少なくとも部分的に取り囲み、前記加熱シェル（１２９）は前記反応管（１１２）を直接取り囲み、電流によって生成したその熱を前記反応管（１１２）に放出するように設定され、および／または前記装置（１１０）が少なくとも１つのガルバニック絶縁体（１２４）を有し、前記ガルバニック絶縁体（１２４）は前記反応管（１１２）と前記加熱シェル（１２９）との間に配置され、前記ガルバニック絶縁体（１２４）は、前記反応管（１１２）を前記加熱シェル（１２９）からガルバニック絶縁し、前記加熱シェル（１２９）から前記反応管（１１２）に熱を伝達するように設定される、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項11】
前記装置は、前記エネルギー回収シェル（１３０）を少なくとも部分的に取り囲むように設定された少なくとも１つの冷却シェル（１４６）を有し、前記冷却シェル（１４６）は、室温以下に冷却するように設定されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項12】
前記装置（１１０）が、前記供給原料を２００℃から１７００℃、好ましくは３００℃から１４００℃、より好ましくは４００℃から８７５℃の前記範囲の温度に加熱するように設定されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項13】
前記供給原料が、空気、少なくとも１つの酸素含有媒体、水、水蒸気、および少なくとも１つの酸化媒体からなる群から選択される少なくとも１つの媒体を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項14】
前記反応管（１１２）が、少なくとも１つの吸熱反応を行うために少なくとも１つの供給原料が流れるように設定されている、請求項１から１３のいずれか一項に記載の装置（１１０）。
【請求項15】
請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置（１１０）を少なくとも１つの備えるプラントであって、前記プラントが、少なくとも１つの吸熱反応を行うためのプラント、加熱するためのプラント、予熱するためのプラント、蒸気クラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化のための装置、改質器、乾式改質のための装置、スチレン製造のための装置、エチルベンゼン脱水素化のための装置、アセチレンの製造、クラッカー、接触クラッカー、脱水素化のための装置からなる群から選択される、プラント。
【請求項16】
装置に関する請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置（１１０）を使用して電気エネルギーを回収する方法であって、前記方法が、前記供給原料を前記反応管（１１２）に通すステップと、
前記エネルギー回収シェル（１３０）の前記熱電発電装置を用いて、化学反応中に前記反応管（１１２）で発生した熱を電気エネルギーに変換するステップと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多数の中空円筒管を備える装置、プラント、および電気エネルギーを回収する方法に関する。
【0002】
装置は、プラントの一部であり得、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、加熱するためのプラント、予熱するためのプラント、蒸気クラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化のための装置、改質器、乾式改質のための装置、スチレン製造のための装置、エチルベンゼン脱水素化のための装置、クラッカー、接触クラッカー、アセチレンの製造および脱水素化のための装置である。装置は、特に、供給原料を200℃から1700℃、好ましくは300℃から1400℃、より好ましくは400℃から875℃の範囲の温度に加熱するために使用され得る。しかしながら、他の使用分野も考えられる。
【背景技術】
【0003】
蒸気クラッカーなどの製造プラントは、当業者に基本的に知られており、例えば、Ethylene、Heinz Zimmermann、Roland Walzl、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry（2009年4月15日）を参照されたい。蒸気クラッカーでは、例えば、粗製ガソリン（ナフサ）は、蒸気の存在下において高温でエチレンおよびプロピレンに分割される。蒸気クラッカーのいわゆる対流ゾーンでは、この目的のために粗製ガソリンが予熱され、高温蒸気が加えられる。下流の放射ゾーンでは、約850℃で、粗製ガソリンがエチレンとプロピレンに分割される、すなわち、分解される。蒸気クラッカーは、従来、炭素排出に関連する、天然ガスの燃焼によって加熱される。天然ガスの燃焼で発生した熱は、従来の蒸気クラッカーでは、単にクラッキングのために使用されるだけでなく、煙突内で上昇する廃熱は、対流ゾーンにおける粗製ガソリンの予熱にも使用される。このような従来の製造プラントは、例えば、欧州特許第2653524号明細書、米国特許第4，361，478号明細書、欧州特許第0245839号明細書または欧州特許第3415587号明細書から知られている。
【0004】
また、例えば、国際公開第2015／197181号パンフレット、国際公開第2020／035575号パンフレット、および国際公開第2020／035574号パンフレットからの電気加熱可能反応器も知られており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。電気的に加熱可能な反応器は、反応器のCO2中立動作を可能にすることができる。電気加熱可能な反応器の熱統合は、2021年10月1日に出願された国際出願PCT／EP2021／077144号明細書から知られており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【0005】
米国特許第3 881 962号明細書は、燃料燃焼領域をいくつかの熱電素子またはモジュールから分離し、二相蒸気熱伝達を使用する、熱電タイプの発電機を記載しており、この熱電タイプでは、燃料バーナを収容するボイラの介在存在を介して液相から気相への伝達が行われる。ボイラで消費された燃料は熱を生成し、これは蒸発可能な流体を囲むボイラのシェルに適合する。このようにして生成された加熱蒸気は、熱電素子の高温接続部位を加熱するために、ボイラから発する多数の熱交換ループを通って流れる。電気エネルギーは、上述の要素の高温接続部位と低温接続部位との間で生成する電位によって生成される。
【0006】
特開平06－154589号公報には、容器本体を加熱または冷却する装置、容器内の温度を制御し、熱交換流体と容器の雰囲気との間の熱交換をガイドするために、熱交換流体を容器内に供給する装置、熱交換により取得された熱エネルギーを、熱交換後に容器外に分流された熱交換流体で電気エネルギーに変換する熱電装置、装置によって生成された電気エネルギーを貯蔵する装置を備えた断熱容器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【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】国際公開第2015／197181号パンフレット
【特許文献6】国際公開第2020／035575号パンフレット
【特許文献7】国際公開第2020／035574号パンフレット
【特許文献8】国際出願PCT／EP2021／077144号明細書
【特許文献9】米国特許第3, 881, 962号明細書
【特許文献10】特開平06－154589号公報
【非特許文献】
【0008】
【非特許文献1】Ethylene、Heinz Zimmermann、Roland Walzl、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry（2009年4月15日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
従来の電気加熱可能な反応器の動作にはエネルギーが必要である。エネルギーの回収は継続的な問題である。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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、電気エネルギーの回収のための装置、プラントおよび方法を提供することである。特に、エネルギーの回収が可能にされるべきである。
【0011】
この目的は、独立請求項の特徴を有する装置、プラント、および方法によって達成される。本発明の好ましい構成は、とりわけ、関連する従属請求項および従属請求項の従属参照において特定される。
【0012】
「有する」、「備える」もしくは「含む」という表現またはそれらの任意の文法的変形は、以下では非排他的に使用される。したがって、これらの表現は、これらの表現によって導入された特徴とは別に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のいずれかに関連し得る。例えば、「AはBを有する」、「AはBを備える」、または「AはBを含む」という表現は、Bとは別に、（すなわち、AがBのみからなる状況に対して）Aにさらなる要素が存在しない状況と、Bに加えて、Aに1つまたは複数のさらなる要素、例えば要素C、要素CおよびD、またはさらにさらなる要素が存在する状況の両方に関連し得る。
【0013】
「少なくとも1つ」および「1つまたは複数」という表現ならびにこれらの表現の文法的変形または同様の表現は、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1回または複数回提供され得ることを表すことが意図されるとき、例えば特徴または要素が最初に導入されたときに、一般に1回のみ使用されることも指摘される。特徴または要素が後で再び言及されるとき、対応する表現「少なくとも1つ」または「1つまたは複数」は、一般に、特徴または要素が1回または複数回提供され得る可能性を制限することなく、もはや使用されない。
【0014】
さらに、「好ましくは」、「特に」、「例えば」という表現または同様の表現は、それによって代替の実施形態を限定することなく、任意選択の特徴と共に以下で使用される。したがって、これらの表現によって導入される特徴は任意選択の特徴であり、これらの特徴によって、特許請求の範囲、特に独立請求項の保護範囲を限定する意図はない。したがって、当業者が理解するように、本発明は、他の構成を使用しても実施し得る。同様に、「本発明の一実施形態では」または「本発明の一例では」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、それによって代替の構成または独立請求項の保護範囲が制限されることは意図されない。さらに、それによって他の特徴と共に導入される特徴のすべての可能な組み合わせは、任意選択の特徴であろうと非任意選択の特徴であろうと、これらの導入表現によって影響されないままである。
【0015】
本発明の第1の態様では、多数の管を備える装置が提案される。管のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの供給原料が流れるための反応管として設定される。装置は、反応管を少なくとも部分的に取り囲む少なくとも１つのエネルギー回収シェルを有する。エネルギー回収シェルは、熱を電気エネルギーに変換するように設定された少なくとも１つの熱電発電装置を有する。
【0016】
装置は使用可能であり得、さらに以下で記載される方法は、少なくとも１つの吸熱反応を行うためのプラント、加熱するためのプラント、予熱するためのプラント、蒸気クラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化のための装置、改質器、乾式改質のための装置、スチレン製造のための装置、エチルベンゼン脱水素化のための装置、アセチレンの製造、クラッカー、接触クラッカー、脱水素化のための装置からなる群から選択されるプラントで採用可能であり得る。
【0017】
ここで使用される「管」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に任意の形状の中空体を指し得る。管の長さは、その直径よりも大きくてもよい。管は、シェル表面によって外部環境から区切られた内部を有し得る。管は、フロー管とも呼ばれる、フローが通過できる管として構成されてもよい。管は、少なくとも1つのパイプラインおよび／または少なくとも1つのパイプラインセグメントおよび／または少なくとも1つのパイプラインコイルを備え得る。パイプラインセグメントは、パイプラインのサブ領域であってもよい。「管」、「パイプライン」および「パイプラインセグメント」および「パイプラインコイル」という表現は、以下では同義語として使用される。
【0018】
例えば、管は中空円筒管であってもよい。ここで使用される「中空円筒管」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に、少なくとも部分的に円筒形の部分を有する管を指し得る。管は、完全に円筒形の構成であってもよく、またさらに非円筒形の部分を有してもよい。中空円筒管は、例えば、高さとも呼ばれる、半径rおよび長さhを伴う円形円筒であってもよい。円形円筒は、軸に沿ってボアを有し得る。円筒形状からの差異も考えられる。例えば、管は、楕円形の断面積を有してもよい。例えば、管は角柱形状を有してもよい。例えば、装置の管の少なくとも1つは、矩形形状を有してもよい。
【0019】
装置は、多数の管を備える。反応管は、さらなる管によって取り囲まれていてもよい。管は、同心配置であってもよい。反応管は、さらなる管に囲まれた中心管として配置されてもよい。装置は、例えば、反応管としてのM字型、U字型またはW字型コイルと、同じ長さの直線部分にさらなる管を取り付けることとを伴う多部品構成を有し得る。
【0020】
ここで使用される「供給原料」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に基本的に任意の自由流動媒体を指し得る。供給原料は、液体または気体であり得る。供給原料は、空気、少なくとも１つの酸素含有媒体、水、水蒸気、および少なくとも１つの酸化媒体からなる群から選択される少なくとも１つの媒体を含み得る。他の供給原料も考えられる。
【0021】
少なくとも1つの吸熱反応を実行するために、上記のプラントでいくつかの副反応が起こり、これらは、例えば、プラント構成要素、特に反応管のコーキングにつながる可能性がある。したがって、コーキング、特にプラントのいわゆるデコーキングを焼き切るために、例えば、一定または規則的な間隔で発熱反応を行うことが通例である。デコーキングの場合、デコーキングガスとも呼ばれる供給原料を反応管に供給することができ、コーキングを少なくとも1つの発熱反応から焼失させることができる。
【0022】
ここで使用される「通って流れる」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、特に、反応管内への供給原料の収容、反応管を通る供給原料の流れ、供給原料の伝導、例えば、反応管の第1の端部から反応管の第2の端部までの供給原料の輸送のうちの1つまたは複数に関連し得るが、これらに限定されない。
【0023】
ここで使用される「反応管」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に、供給原料がそれを通って流れるように設定された管を指し得る。反応管は、少なくとも1つの化学反応および／または副反応が反応管で進行することを可能にするように設定され得る。特に、反応管は、少なくとも1つの吸熱反応を行うために、少なくとも1つの供給原料がそれを通って流れるように設定される。例えば、少なくとも1つの吸熱反応を反応管で行うことができる。例えば、吸熱反応で形成された堆積物のデコーキングおよび／または酸化のための発熱反応を反応管で行うことができる。
【0024】
反応管は、例えば、供給原料を加熱するように設定され得る。反応管は、反応器および／または炉もしくはその一部であってもよい。例えば、反応管は、燃焼炉および／または電気加熱可能反応器の反応器として構成されてもよい。例えば、反応管は、例えば、H．ZimmermannおよびR．Walzl、「Ethylene」、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry、2012 Wiley－VCH Verlag GmbH＆Co．KGaA、Weinheim、DOI：10．1002／14356007．a10＿045．pub3、欧州特許出願公開第2 653 524号明細書、米国特許第4，361，478号明細書、欧州特許出願公開第0 245 839号明細書または欧州特許出願公開3415587号明細書に記載されているように、燃焼炉の反応器として構成され得る。例えば、反応管は、例えば国際公開第2015／197181号パンフレット、国際公開第2020／035575号パンフレットおよび国際公開第2020／035574号パンフレットに記載されているように、電気加熱可能な反応器として構成されてもよい。
【0025】
反応管の形状および／または表面および／または材料は、供給原料に依存し得る。代替的または追加的に、反応管の形状および／または表面および／または材料は、所望の反応ならびに／または特定の反応の回避ならびに／または反応および／もしくは他の要因の最適化に依存し得る。例えば、反応管は、中空円筒として構成されてもよい。
【0026】
装置は、多数の反応管を備えてもよい。装置は、l個の反応管を有し得、lは2以上の自然数である。例えば、装置は、少なくとも2、3、4、5またはそれ以上の反応管を備えてもよい。装置は、例えば、最大100個の反応管を有し得る。反応管は、同一または異なる構成であってもよい。反応管は、例えば、直径および／または長さおよび／または形状に関して異なる構成であってもよい。反応管は、対称および／または非対称パイプおよび／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では、装置は、同一の管タイプの反応管を備えてもよい。「非対称パイプ」および「対称パイプと非対称パイプとの組み合わせ」は、装置が管タイプの任意の組み合わせを備え得ることを意味すると見なされ得、例えば、必要に応じて並列または直列に追加的に接続され得る。ここで使用される「管タイプ」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、より具体的には、特定の特徴によって特徴付けられる管のカテゴリまたはタイプに関連し得る。管タイプは、管の水平構成、管の垂直構成、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、パスの数n、パスごとの長さ、パスごとの直径、形状、表面ならびに材料からな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。装置は、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み得る。例えば、装置は、入口（l1）および／または出口（l2）および／または移行部（l3）に異なる長さの管を備え得る。例えば、装置は、入口（d1）および／または出口（d2）および／または移行部（d3）の直径が非対称である管を備え得る。例えば、装置は、異なるパス数を伴う管を備えてもよい。例えば、装置は、パスごとに異なる長さおよび／またはパスごとに異なる直径を伴うパスを伴う管を備え得る。原則として、並列および／または直列の任意の管の任意の組み合わせが考えられる。装置は、多数の入口および／または出口および／または生産流を備え得る。異なるまたは同一の管タイプの反応管は、多数の入口および／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。反応管のための可能な管は、建築キットの形態の様々な管タイプの形態をとり得、最終用途に応じて、必要に応じて選択して組み合わせられ得る。異なる管タイプの管の使用は、供給が変動しているときの反応のより正確な温度制御および／または調整、ならびに／あるいは反応の選択的収率ならびに／あるいは最適化された方法論を可能にすることができる。管は、同一または異なる形状および／または表面および／または材料を備え得る。
【0027】
反応管は、貫通接続されてもよく、したがって管システムを形成してもよい。ここで使用される「管システム」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に互いに特に接続された少なくとも2つの管から構成される装置を指し得る。管システムは、流入管および流出管を備えてもよい。管システムは、供給原料を受け取るための少なくとも1つの入口を備えてもよい。管システムは、供給原料を排出するための少なくとも1つの出口を備えてもよい。「貫通接続」は、管が流体伝導方式で相互接続されていることを意味すると理解され得る。したがって、管は、供給原料が管を次々に通って流れるように配置および接続されてもよい。2つ以上またはすべての管は、直列および／または並列に構成されてもよい。管は、供給原料が少なくとも2つの管を並列に通って流れることができるように、互いに並列に相互接続されてもよい。管、特に並列に接続された管は、異なる供給原料を並列に輸送するように設計されてもよい。特に、並列に接続された管は、異なる供給原料を輸送するための互いに異なる形状および／または表面および／または材料を有し得る。特に供給原料の輸送のために、供給原料を並列構成における、それらの管の間で分割することができるように、管のうちのいくつかまたはすべてが並列構成であってもよい。直列接続と並列接続の組み合わせも考えられる。
【0028】
反応管は、導電性、特に金属製または非導電性の反応管であってもよい。
【0029】
例えば、反応管は、導電性の反応管であってもよい。ここで使用される「導電性」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に電流を伝導するように設定された反応管の材料を指し得る。反応管は、10－1Ωm未満の比電気抵抗率を有し得る。反応管は、1・10－8Ωm≦ρ≦10－1Ωmの比電気抵抗率ρを有し得る。本発明の文脈における比電気抵抗率は、室温での比電気抵抗率に関する。例えば、反応管は、少なくとも１つのフェライト材料、少なくとも１つのオーステナイト材料、少なくとも１つの金属、少なくとも１つの金属合金、銅、アルミニウム、鉄、鋼合金、Ｃｒ合金および／またはＮｉ合金、グラファイト、炭素、炭化物、ケイ化物からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含み得る。
【0030】
反応管、ならびにそれに対応する流入および流出パイプラインは、互いに流体接続されてもよい。反応管として導電性管を使用する場合、流入および流出パイプラインは、互いにガルバニック絶縁されてもよい。「互いにガルバニック絶縁される」とは、パイプラインと流入および流出パイプラインの間に電気伝導および／または許容可能な電気伝導がないように、パイプラインと流入および流出パイプラインとが互いに絶縁されていることを意味すると見なされ得る。装置は、少なくとも1つの絶縁体、特に多数の絶縁体を備え得る。それぞれのパイプラインと流入および流出パイプラインの間のガルバニック絶縁は、絶縁体によって確保することができる。絶縁体は、供給原料の自由な流れを確実にすることができる。
【0031】
しかしながら、非導電性管または導電性が低い管としての反応管の構成も考えられ、例えば、反応管は、セラミックまたは同様の比抵抗率を有する材料から製造されてもよい。反応管は、ガルバニック絶縁体として構成されてもよい。反応管は、105Ωmを超える比電気抵抗率を有し得る。反応管は、1x105Ωm≦ρ≦1x1020Ωm、好ましくは1x105Ωm≦ρ≦1x1014Ωmの比電気抵抗率ρを有し得る。例えば、反応管は、セラミック管として構成されてもよい。例えば、反応管は、MgO、Al2O3、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム（ムライト）、ZrO2、ケイ酸マグネシウムアルミニウム（コージエライト）、ケイ酸マグネシウム（ステアタイト）、窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも1つの材料を含み得る。
【0032】
ここで使用される「シェル」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に、内側領域と外側領域との間に2次元で完全なまたは部分的な境界を形成する要素または複数の要素を指し得る。シェルは、ケーシングであってもよい。シェルは、装置のさらなる要素を少なくとも部分的に取り囲むおよび／または包囲する管、薄膜、被覆または層のうちの1つまたは複数を構成され得る。「取り囲む」および「包囲する」という表現は、ここでは同義語として使用される。シェルは、例えば、加熱、冷却、導電電流、ガルバニック絶縁などの様々な機能を果し得る。
【0033】
例えば、装置は、少なくとも1つの加熱シェルを備えてもよい。装置は、加熱シェルを通る電流の通過時に生じるジュール熱によって反応管を加熱する電流を加熱シェルに生成するように設定された少なくとも1つの電源または電圧源を有し得る。ここで使用される「加熱シェル」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に、それに供給されたエネルギーを熱の形態で反応管に伝達するように設定されたシェルを指し得る。加熱シェルは、反応管を少なくとも部分的に取り囲んでもよい。加熱シェルの形状および／または材料は、加熱される反応管に適合させ得る。例えば、反応管のエネルギー効率の良い加熱が可能であり得る。
【0034】
加熱シェルは、フェライト材料およびオーステナイト材料、例えばCrNi合金、CrMoまたはセラミックからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含み得る。例えば、加熱シェルは、少なくとも1つの金属および／または少なくとも1つの合金、例えば、銅、アルミニウム、鉄、鋼またはCrまたはNi合金、グラファイト、炭素、炭化物、ケイ化物から製造されていてもよい。半導体、例えばGe、Si、セレン化物、テルル化物、ヒ化物、アンチモン化物も加熱シェルの材料として考えられる。
【0035】
加熱シェルは、通電加熱シェルであってもよい。ここで使用される「通電加熱シェル」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、加熱シェル、特に電流を伝導するように設定された加熱シェルの少なくとも1つの材料の適合性に限定されない。加熱シェルは、特に接続された電源または電圧源を伴い、1x10－8Ωm≦ρ≦105Ωmの比電気抵抗率ρを有し得る。加熱シェルは、10 W／（mK）≦λ≦6000 W／（mK）、好ましくは20 W／（mK）≦λ≦5000 W／（mK）の熱伝導率λを有し得る。本発明の文脈における熱伝導率は、室温での熱伝導率に関連する。加熱シェルは、2000℃まで、好ましくは1300℃まで、より好ましくは1000℃までの範囲内で熱的に安定であってもよい。ここで使用される「熱的に安定」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に高温に対する加熱シェル、特に加熱シェルの材料の抵抗に関連し得る。
【0036】
上記のように、装置は、加熱シェルを通る電流の通過時に生じるジュール熱によって反応管を加熱する電流を加熱シェルに生成するように設定された少なくとも1つの電源または少なくとも1つの電圧源を有し得る。電源および／または電圧源は、単相もしくは多相AC電源および／または単相もしくは多相AC電圧源あるいはDC電源および／またはDC電圧源を含んでもよい。装置は、電源および／または電圧源を加熱シェルに電気的に接続する少なくとも1つの入力および出力を有し得る。
【0037】
装置は、例えば、少なくとも1つのAC電源および／または少なくとも1つのAC電圧源を有し得る。AC電源および／またはAC電圧源は、単相または多相源であってもよい。ここで使用される「AC電源」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特にAC電流を供給するように設定された電源を指し得る。ここで使用される「AC電流」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に規則的な繰り返しで変化する極性の電流を指し得る。例えば、交流は正弦波交流であってもよい。ここで使用される「単相」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に単相の電流を供給するAC電源を指し得る。ここで使用される「多相」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に、2つ以上の相を伴う電流を供給するAC電源を指し得る。ここで使用される「AC電圧源」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特にAC電圧を供給するように設定された電圧源を指し得る。ここで使用される「AC電圧」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。その表現は、限定することなく、特に、規則的な繰り返しで変化するレベルおよび極性を有する電圧を指し得る。例えば、AC電圧は、正弦波AC電圧であってもよい。AC電圧源によって生成された電圧は、電流、特に交流を流す。「単相」AC電圧源は、単相を伴う交流を供給するAC電圧源を意味すると見なされ得る。「多相」AC電圧源は、2つ以上の相を伴う交流を供給するAC電圧源を意味すると見なされ得る。
【0038】
装置は、少なくとも1つのDC電源および／または少なくとも1つのDC電圧源を有し得る。ここで使用される「DC電源」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特にDC電流を供給するように設定された装置を指し得る。ここで使用される「DC電圧源」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特にDC電圧を提供するように設定された装置を指し得る。DC電源および／またはDC電圧源は、加熱シェルにDC電流を生成するように設定されてもよい。ここで使用される「DC電流」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に、強度および方向の表現において本質的に一定の電流を指し得る。ここで使用される「DC電圧」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に本質的に一定の電圧を指し得る。「本質的に一定」は、意図された効果に関して重要ではない変動を有する電流または電圧を意味すると見なされ得る。
【0039】
装置は、多数の加熱ゾーンを有し得る。例えば、装置は、2つ以上の加熱ゾーンを有してもよい。各加熱ゾーンは、少なくとも1つの加熱シェルを備えてもよい。装置はまた、供給原料の加熱がない領域、例えば単なる輸送ゾーンを有してもよい。
【0040】
装置は、多数の電源および／または電圧源を有し得、前記電源および／または電圧源は、単相もしくは多相AC電源および／または単相もしくは多相AC電圧源あるいはDC電源および／またはDC電圧源、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される。装置は、2からM個の異なる電源および／または電圧源を有し得、Mは3以上の自然数である。電源および／または電圧源は、少なくとも1つの電気出力変数を制御する可能性の有無にかかわらず構成されてもよい。電源および／または電圧源は、互いに独立して電気的に制御可能であってもよい。電源および／または電圧源は、同一または異なる構成であってもよい。例えば、装置は、電流および／または電圧が異なるゾーン、特に装置の加熱ゾーン、特に加熱シェルに対して調整可能であるように設定されてもよい。装置は、多数の反応管を有してもよい。反応管は、共通の加熱シェルを共有してもよく、または各々が割り当てられた加熱シェルを有してもよい。反応管は、異なる温度領域またはゾーンに属してもよい。反応管自体も同様に温度ゾーンを有し得る。個々の反応管には、1つまたは複数の電源または電圧源を割り当てられ得る。電源および／または電圧供給は、例えば、各々の場合の反応および方法論に応じて、少なくとも1つのコントローラを使用することによって調整され得る。多数の電源および／または電圧源を使用することにより、特に異なるゾーンに対して電圧を変化させることが可能になる。例えば、過度に高温の反応管、または逆に過度に低温の反応管をもたらす、あまり高くない電流を達成することが可能である。
【0041】
装置は、多数の単相または多相AC電源またはAC電圧源を有し得る。反応管は各々、加熱シェルに、特に少なくとも1つの電気接続を介して電気的に接続された少なくとも1つのAC電源および／またはAC電圧源を伴う少なくとも1つの加熱シェルを割り当てられてもよい。少なくとも2つの反応管が加熱シェルならびにAC電源および／またはAC電圧源を共有する実施形態も考えられる。AC電源またはAC電圧源および加熱シェルを接続するために、装置は、2からN個の入力および出力を有し得、Nは3以上の自然数である。それぞれのAC電源および／またはAC電圧源は、それぞれの加熱シェルに電流を生成するように設定されてもよい。AC電源および／またはAC電圧源は、制御されてもよいし、制御されなくてもよい。AC電源および／またはAC電圧源は、少なくとも1つの電気出力変数を制御する可能性の有無にかかわらず構成されてもよい。ここで使用される「出力変数」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に、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／または電圧信号に関連し得る。装置は、2からM個の異なるAC電源および／またはAC電圧源を有し得、Mは3以上の自然数である。AC電源および／またはAC電圧源は、独立して電気的に制御可能であってもよい。例えば、それぞれの加熱シェルで異なる電流が生成され、反応管において異なる温度に達してもよい。
【0042】
装置は、多数のDC電源および／またはDC電圧源を備えてもよい。各反応管は、少なくとも1つの加熱シェル、および加熱シェルに、特に少なくとも1つの電気接続を介して電気的に接続された少なくとも1つのDC電源および／またはDC電圧源を割り当てられてもよい。少なくとも2つの反応管が加熱シェルならびにDC電源および／またはDC電圧源を共有する実施形態も考えられる。DC電源および／またはDC電圧源と加熱円筒との接続のために、装置は、2からN個の正端子および／または導体と、2からN個の負端子および／または導体とを有し得、Nは3以上の自然数である。それぞれのDC電源および／またはDC電圧源は、それぞれの加熱シェルに電流を生成するように設定されてもよい。生成された電流は、供給原料を加熱するために、電流が加熱シェルを通過する際に生じるジュール熱によってそれぞれの反応管を加熱することができる。
【0043】
加熱シェルにおいて生成された電流は、供給原料を加熱するために、電流が加熱シェルを通過する際に生じるジュール熱によってそれぞれの反応管を加熱することができる。ここで使用される「反応管を加熱する」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定されることなく、特に、反応管の温度の変化、特に反応管の温度の上昇をもたらす動作を指し得、および／または、例えば、反応管で起こる反応が受けるのと同じ量の熱を消費するとき、反応管の温度が本質的に一定のままであるという効果を有する。「加熱」および「加温」という表現は、同義語として使用される。供給原料は、例えば、定義された、または所定の温度値に加熱されてもよい。装置は、供給原料を200℃から1700℃、好ましくは300℃から1400℃、より好ましくは400℃から875℃の範囲の温度に加熱するように設定されてもよい。しかしながら、他の温度および温度範囲も考えられる。
【0044】
反応管は、加熱シェルによって生成されたジュール熱を少なくとも部分的に吸収し、それを供給原料に少なくとも部分的に放出するように設定されてもよい。例えば、少なくとも1つの吸熱反応を反応管で行うことができる。ここで使用される「吸熱反応」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特にエネルギー、特に熱の形態のエネルギーが環境から消費される反応を指し得る。吸熱反応は、供給原料の加熱および／または予熱を含み得る。特に、供給原料は反応管において加熱されてもよい。
【0045】
装置は、決定、特に反応管の温度を測定するように設定された少なくとも1つの温度センサを有し得る。温度センサは、温度の関数として電気信号を生成するように設定された電気または電子素子を備え得る。例えば、温度センサは、高温導体、低温導体、半導体温度センサ、振動結晶を伴う温度センサ、熱電対、焦電材料、高温計、熱画像カメラ、強磁性温度センサ、光ファイバ温度センサからなる群から選択される少なくとも1つの素子を有してもよい。温度は、反応管の中および／または反応管上の反応管の入口および出口で測定し得る。例えば、反応管の長さにわたって温度を決定し、それを最適なプロセスレジームに適合させるために、反応管におけるいくつかの点で測定を行うことが可能である。温度に関する閉ループ制御は、少なくとも1つの閉ループ制御要素によって行うことができる。これは、例えばホットスポットの場合に、電力または電圧の供給をオフにすることができる。温度が低すぎるとき、閉ループ制御は電力または電圧の供給を増加させることができる。温度センサは、遠隔接続または固定接続によって閉ループコントローラに接続されてもよい。閉ループコントローラは、遠隔接続または固定接続によって電源または電圧源に接続されてもよい。温度測定および閉ループ制御は、設置された温度センサならびに閉ループ電流および／または電圧制御によって、いわゆる「閉ループモード」において可能であり得る。
【0046】
装置は、温度センサによって測定された温度の関数として閉ループ制御によって電源または電圧源を制御するように設定された少なくとも1つの制御ユニットを有し得る。ここで使用される「制御ユニット」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。その表現は、限定することなく、特に、開ループおよび／または閉ループ制御によって装置の少なくとも1つの要素を制御するように設定された電子デバイスを指し得る。例えば、制御ユニットは、温度センサによって生成された信号を評価し、測定された温度の関数として閉ループ制御によって電源または電圧源を制御するように設定されてもよい。例えば、この目的のために、温度センサと制御ユニットとの間に1つまたは複数の電子接続を設け得る。制御ユニットは、例えば、少なくとも1つのデータ処理装置、例えば、少なくとも1つのコンピュータまたはマイクロコントローラを備え得る。データ処理装置は、1つまたは複数の揮発性および／または不揮発性メモリ素子を有してもよく、その場合、データ処理装置は、例えば、温度センサを作動させるようにプログラムされてもよい。制御ユニットはまた、少なくとも1つのインターフェース、例えば電子インターフェースおよび／またはヒューマン－マシンインターフェース、例えばディスプレイおよび／またはキーボードなどの入出力装置を備えてもよい。制御ユニットは、例えば、集中型または分散型の方法で構築されてもよい。他の構成も考えられる。制御部は、少なくとも1つのA／Dコンバータを含んでもよい。装置は、オンライン温度測定を含み得る。本発明の文脈における「オンライン温度測定」は、反応管において供給原料の輸送および／または反応中に行われる少なくとも1つの温度センサによる温度の測定を意味すると理解され得る。例えば、動作中の温度の閉ループ制御が可能である。特に、温度測定および閉ループ制御は、反応器の長さにわたって行うことができる。
【0047】
加熱シェルは、加熱シェルが反応管を少なくとも部分的に取り囲むように配置されてもよい。「少なくとも部分的に取り囲む」は、1つの要素が別の要素を完全に取り囲む実施形態、および要素が他の要素のサブ領域のみを取り囲む実施形態を意味すると見なされ得る。例えば、これは、加熱シェルが反応管を完全に取り囲む実施形態、および反応管のサブ領域のみが加熱シェルによって取り囲まれる実施形態を含み得る。例えば、反応管は、加熱シェルの内筒として配置されてもよい。例えば、多数の反応管が加熱シェル内に配置され得る。例えば、2つ以上の加熱シェルが、反応管の周りにリングの形態で配置されてもよい。例えば、反応管は螺旋形状であってもよく、加熱シェルは反応管の周りに配置されてもよい。反応管または2つ以上の反応管の異なる領域の周りに異なるまたは同一の加熱シェルが配置され、反応管の領域の個別の加熱を可能にすることができる実施形態も考えられる。
【0048】
加熱シェルは、反応管を直接取り囲み、電流によって生成したその熱を反応管に放出するように設定されてもよい。ここで使用される「直接取り囲む」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に、装置の隣接する管としての反応管および加熱シェルの配置に関連し得る。特に、反応管と加熱シェルとの間にさらなる管が配置されなくてもよい。反応管は、例えば、非導電性、特に非金属の反応管であってもよい。反応管は、直接電気的に加熱された反応管として構成されてもよい。反応管および加熱シェルは、電流の通過を介してジュール熱によって加熱される、モノリシック管、特に単一の導電性管として構成されてもよい。反応管と加熱シェルは一体に作られてもよい。
【0049】
しかしながら、反応管および加熱シェルの他の配置も考えられる。例えば、加熱シェルは、反応管を間接的に取り囲むことができる。ここで使用される「間接的に取り囲む」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に、装置の少なくとも1つのさらなる要素、特にさらなる管が反応管と加熱シェルとの間に配置される反応管と加熱シェルとの配置に関連し得る。反応管は、例えば、導電性、特に金属の反応管であってもよい。装置は、少なくとも１つのガルバニック絶縁体、特に熱伝導性のものを備えてもよい。ガルバニック絶縁体は、反応管と加熱シェルとの間に配置されてもよい。ガルバニック絶縁体は、反応管を加熱シェルからガルバニック絶縁し、加熱シェルから反応管に熱を伝達するように設定され得る。ここで使用される「ガルバニック絶縁体」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に非導電体または不十分な導電体を指し得る。ガルバニック絶縁体は、1x105Ωm≦ρ≦1x1014Ωmの比電気抵抗率ρを有し得る。熱伝達率が高い場合がある。ガルバニック絶縁体は、10 W／（mK）≦λ≦6000 W／（mK）、好ましくは20 W／（mK）≦λ≦5000 W／（mK）の熱伝導率λを有し得る。ガルバニック絶縁体は、セラミック、ガラス質、ガラス繊維強化、プラスチック様または樹脂様材料、例えばセラミック、ステアタイト、磁器、ガラス、ガラス繊維強化プラスチック、エポキシ樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー、および十分に電気絶縁性の液体、絶縁塗料からなる群から選択される少なくとも1つの材料を含み得る。ガルバニック絶縁体は、管、薄膜、被覆、または層のうちの1つまたは複数として構成され得る。ガルバニック絶縁体は、例えば、可撓性ガルバニック絶縁体、例えば薄膜であってもよい。このようにして、温度差の場合の膨張を可能にし得る。ガルバニック絶縁体は、通電された加熱シェルから反応管に熱を伝達するように設定され得る。同時に、ガルバニック絶縁体は、反応管を加熱シェルからガルバニック絶縁することができる。
【0050】
装置は、反応管を少なくとも部分的に取り囲む少なくとも1つのエネルギー回収シェルを有する。「少なくとも部分的に取り囲む」は、1つの要素が別の要素を完全に取り囲む実施形態、および要素が他の要素のサブ領域のみを取り囲む実施形態を意味すると見なされ得る。例えば、これは、エネルギー回収シェルが反応管を完全に取り囲む実施形態、および反応管のサブ領域のみがエネルギー回収シェルによって取り囲まれる実施形態を含み得る。ここで使用される「エネルギー回収シェル」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。その表現は、限定することなく、より具体的には、供給原料の加熱のために消費されたエネルギーを少なくとも部分的に回収するように設定されたシェルに関連し得る。
【0051】
エネルギー回収シェルは、熱を電気エネルギーに変換するように設定された少なくとも1つの熱電発電装置（TEG）を有する。ここで使用される「変換」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。その用語は、限定することなく、特に熱電エネルギー変換を指し得る。熱は、少なくとも部分的にエネルギーに変換することができる。例えば、TEGは5－10％の効率を有し得る。
【0052】
ここで使用される「熱電発電装置」という表現は、ゼーベック発生器とも呼ばれ、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この用語は、限定することなく、特に、ゼーベック効果と呼ばれるものを介して熱流（温度差）を電気エネルギーに変換するように設定された装置に関連し得る。エネルギー回収シェルは、反応管の発熱反応、特にデコーキング動作で生じる熱を電気エネルギーに変換するように設定されてもよい。化学反応は、活性化エネルギーとして最初に供給されたよりも多くのエネルギーを放出するときに発熱性であると考えることができる。発熱反応は、反応管の堆積物に対するデコーキングおよび／または酸化動作中に進行し得る。例えば、温度差は、例えば冷却動作後に、反応管に1000℃の温度があり、装置の外側シェルに20℃の温度があるという点で生じ得る。
【0053】
TEGは、例えば、Elsevier Ltd．によって公開された、米国特許出願公開第2014／0238459号明細書、Mengjun Zhangらによる「円筒ホットソースのための環状および平板型熱電発電装置の性能比較」、https：／／doi．org／10．1016／j．egyr．2021．01．008，2352－4847／2021に記載されているように構成され得る。TEGの使用は、他の技術分野、例えば、韓国特許第20190040433号明細書の火力発電所、中国特許第106953548号明細書の家庭用の熱電ガス調理器、欧州特許第3151293号明細書の車両オフガスシステム、または日本特許出願公開第2008032341号および日本特許出願公開第2002171776号明細書の抵抗加熱器で知られている。
【0054】
エネルギー回収シェルは、0．5以上、好ましくは0．8以上、より好ましくは1以上の熱電性能指数ZTを有する少なくとも1つの材料を含み得る。熱電性能指数は、ZT＝（α2（T）・σ（T）・T）／κ（T）として記載し得、ここで、αは材料のゼーベック係数、σは導電率、κは比熱伝導率である。エネルギー回収シェルは、鉛テルル（Ｐｂ－Ｔｅ）、少なくとも１つのテルリド、少なくとも１つのシリコーン、少なくとも１つのシリケート、少なくとも１つのシリサイド、少なくとも１つのＳｉ－Ｇｅシリサイド、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つのセラミック、少なくとも１つのスクッテルダイト、ＣｏＳｂ３スクッテルダイト、ゲルマニウム、少なくとも１つのセミホイスラー合金、Ｍｇ２（Ｓｎ，Ｓｉ）、Ｓｒ１－ｘＡｘＺｎ１－ｙＧａｙＳｎ１－ｚＸｚ（Ａ：Ｃａ，Ｂａ，Ｌａ，Ｅｕ；Ｘ：Ｓｉ，Ｓｂ）、Ｃａ１－ｘＡｘＡｌ２－ｙＴＭｙＳｉ２（Ａ＝Ｓｒ，Ｂａ；ＴＭ＝Ｍｎ，Ｚｎからな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。TEGは、2 mmから50 mm、好ましくは2 mmから30 mm、より好ましくは5 mmから30 mmの厚さを有し得る。
【0055】
エネルギー回収シェルは、多数の熱電モジュールを有し得る。したがって、ここで使用される「モジュール」という表現は、同様に、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特にエネルギー回収シェルの複数の部分からなる実施形態を指し得る。
【0056】
TEGは、例えば、Elsevier Ltd．によって公開されたMengjun Zhang et al．，「円筒ホットソースのための環状および平板型熱電発電装置の性能比較」、https：／／doi．org／10．1016／j．egyr．2021．01．008，2352－4847／2021に記載されているように、平坦または環状構成であってもよい。TEGの形状および／またはモジュール性は、反応管の形状および／または予想される温度差に依存し得る。
【0057】
反応管およびエネルギー回収シェルは、同心配置であってもよい。反応管は内側管であってもよく、エネルギー回収シェルはさらに外側に配置されてもよい。例えば、エネルギー回収シェルは、装置の外側シェルであってもよい。しかしながら、他の設計も考えられる。例えば、装置は、装置のすべての管を少なくとも部分的に取り囲む外側シェルを追加的に有してもよい。
【0058】
装置は、エネルギー回収シェルから電気エネルギーを吸収するための少なくとも1つのエネルギー貯蔵手段、および／またはエネルギー回収シェルから電気エネルギーを供給するための消費者への少なくとも1つの供給部を含み得る。消費は、完全であってもよいし、少なくとも部分的であってもよい。消費は、貯蔵を含み得る。消費は、電気エネルギーの別の形態のエネルギーへの変換を含み得る。消費者は、例えば、充電ステーション、照明、別の反応器または任意の他の消費者のうちの1つまたは複数であってもよい。例は、熱交換器、熱伝達器、エネルギー貯蔵手段、電池または蓄電池である。吸収された熱は、エネルギーが回収された反応管または別の反応管を加熱するために使用され得る。回収されたエネルギーの他の使用も考えられる。
【0059】
TEGは、電気エネルギーを直接引き出すことができるように構成されてもよい。したがって、装置は、TEGでの直接の温度が高すぎず、同時に低すぎないように構成され得る。使用されるTEG材料は、温度範囲にわたって、特に供給原料が加熱される温度で安定であり得る。代替的または追加的に、装置は、TEGを保護するための、例えば冷却または予冷のためのさらなる要素を有してもよい。したがって、温度は、TEGの材料に応じて調整され得る。
【0060】
装置は、エネルギー回収シェルを少なくとも部分的に取り囲むように設定された少なくとも1つの冷却シェルを有し得る。冷却シェルは、室温以下に冷却するように設定され得る。ここで使用される「冷却シェル」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に、反応管の温度、特に反応管のシェルの温度に対する温度差を、例えば、規定値に調整するように設定されたシェルに関連し得る。冷却シェルは、少なくとも1つの冷却媒体を有し得る。
【0061】
ここで使用される「外側シェル」という表現は、当業者によって理解されるその通常の一般的な意味に帰されるべき広範な表現である。この表現は、特定のまたは適合した意味に限定されない。この表現は、限定することなく、特に装置の最も外側のシェル、特に同心配置を指し得る。外側シェルは、装置のすべての要素、特にすべての管を収容し得る。外側シェルは、ハウジングとして設定されてもよい。外側シェルはまた、装置をガルバニック絶縁するように設定されてもよい。外側シェルは断熱性であってもよく、外部への熱の損失を少なくとも部分的に低減してもよい。本発明の文脈における「外部への熱の損失を少なくとも部分的に低減する」とは、完全な断熱を伴う実施形態、そしてさらに不完全な熱低減、例えば所定の温度までの熱低減がある実施形態を意味すると見なされてもよい。例えば、外側シェルは、加熱シェルに沿った少なくとも1つのサブ領域、例えば、環境の少なくとも特に感熱性の外側領域を取り囲んでもよい。使用される材料に関して、外側シェルは、反応管と加熱シェルとの間に上述したガルバニック絶縁体のように、比電気抵抗率および熱伝導率で設定されてもよい。
【0062】
さらなる態様では、本発明の文脈において、本発明の装置を備えるプラントが提案される。プラントの構成および定義に関しては、さらに上または下の装置の説明を参照し得る。
【0063】
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、加熱するためのプラント、予熱するためのプラント、蒸気クラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化のための装置、改質器、乾式改質のための装置、スチレン製造のための装置、エチルベンゼン脱水素化のための装置、アセチレンの製造、クラッカー、接触クラッカー、脱水素化のための装置からなる群から選択される。
【0064】
さらなる態様では、本発明の文脈において、本発明の装置を使用して電気エネルギーを回収する方法が提案される。本方法は、以下のステップを含む、すなわち、
供給原料を反応管に通すステップ、
エネルギー回収シェルの熱電発電装置を用いて、化学反応中に反応管で発生した熱を電気エネルギーに変換するステップである。
供給原料を反応管に通すステップ、
エネルギー回収シェルの熱電発電装置を用いて、化学反応中に反応管で発生した熱を電気エネルギーに変換するステップである。
【0065】
本方法は、電気エネルギーが少なくとも1つのエネルギー貯蔵手段に貯蔵され、および／または消費者に供給される貯蔵ステップをさらに含み得る。
【0066】
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。方法ステップは、指定された順序で実行されてもよいが、1つまたは複数のステップが少なくとも部分的に同時に実行されることも可能であり、1つまたは複数のステップが複数回繰り返されることも可能である。加えて、本明細書で言及されているかどうかにかかわらず、さらなるステップが追加的に実行されてもよい。
【0067】
要約すると、本発明の文脈において、以下の実施形態が特に好ましい。
【0068】
実施形態1 多数の管を備える装置であって、管のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの供給原料が流れるための反応管として設定され、装置は、反応管を少なくとも部分的に取り囲む少なくとも１つのエネルギー回収シェルを有し、エネルギー回収シェルは、熱を電気エネルギーに変換するように設定された少なくとも１つの熱電発電装置を有する、装置。
【0069】
実施形態2 エネルギー回収シェルが、反応管の発熱反応で発生した熱を電気エネルギーに変換するように設定されている、先行する実施形態に記載の装置。
【0070】
実施形態3 発熱反応が、反応管の堆積物のデコーキングおよび／または酸化中に進行する、先行する実施形態に記載の装置。
【0071】
実施形態4 エネルギー回収シェルが、０．５以上、好ましくは０．８以上、より好ましくは１以上の熱電性能指数ＺＴを有する少なくとも１つの材料を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0072】
実施形態5 エネルギー回収シェルが、鉛テルル（Ｐｂ－Ｔｅ）、少なくとも１つのテルリド、少なくとも１つのシリコーン、少なくとも１つのシリケート、少なくとも１つのシリサイド、少なくとも１つのＳｉ－Ｇｅシリサイド、少なくとも１つのポリマー、少なくとも１つのセラミック、少なくとも１つのスクッテルダイト、ＣｏＳｂ３スクッテルダイト、ゲルマニウム、少なくとも１つのセミホイスラー合金、Ｍｇ２（Ｓｎ，Ｓｉ）、Ｓｒ１－ｘＡｘＺｎ１－ｙＧａｙＳｎ１－ｚＸｚ（Ａ：Ｃａ，Ｂａ，Ｌａ，Ｅｕ；Ｘ：Ｓｉ，Ｓｂ）、Ｃａ１－ｘＡｘＡｌ２－ｙＴＭｙＳｉ２（Ａ＝Ｓｒ，Ｂａ；ＴＭ＝Ｍｎ，Ｚｎからなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0073】
実施形態6 エネルギー回収シェルが多数の熱電モジュールを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0074】
実施形態7 反応管およびエネルギー回収シェルは同心配置であり、反応管は内側管であり、エネルギー回収シェルはさらに外側に配置される、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0075】
実施形態8 エネルギー回収シェルが、装置の外側シェルである、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0076】
実施形態9 装置は、装置のすべての管を少なくとも部分的に取り囲む外側シェルを追加的に有する、先行する実施形態に記載の装置。
【0077】
実施形態10 反応管が、少なくとも１つのフェライト材料、少なくとも１つのオーステナイト材料、少なくとも１つの金属、少なくとも１つの金属合金、銅、アルミニウム、鉄、鋼合金、Ｃｒ合金および／またはＮｉ合金、グラファイト、炭素、炭化物、ケイ化物からなる群から選択される少なくとも１つの材料を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0078】
実施形態11 反応管が導電性管である、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0079】
実施形態12 反応管がセラミック管として構成されている、実施形態1から9のいずれかに記載の装置。
【0080】
実施形態13 装置は、少なくとも１つの通電加熱シェルを有し、装置は、加熱シェルにおいて電流を生成するように設定された少なくとも１つの電流または電圧源を有し、加熱シェルは、加熱シェルを電流が通過する際に生成するジュール熱によって反応管を加熱する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0081】
実施形態14 加熱シェルが、反応管を少なくとも部分的に取り囲む、先行する実施形態に記載の装置。
【0082】
実施形態15 加熱シェルは、反応管を直接取り囲み、電流によって生成した熱を反応管に放出するように設定されている、先行する実施形態に記載の装置。
【0083】
実施形態16 装置は、少なくとも１つのガルバニック絶縁体を有し、ガルバニック絶縁体は、反応管と加熱シェルとの間に配置され、ガルバニック絶縁体は、反応管を加熱シェルからガルバニック絶縁し、加熱シェルから反応管に熱を伝達するように設定されている、実施形態１３に記載の装置。
【0084】
実施形態17 ガルバニック絶縁体は、セラミック、ガラス質、ガラス繊維強化、プラスチック様または樹脂様材料、絶縁塗料からなる群から選択される少なくとも1つの材料を含み、ガルバニック絶縁体は、管、薄箔、被覆、または層のうちの1つまたは複数として構成される、先行する実施形態による装置。
【0085】
実施形態18 装置は、反応管の温度を決定するように設定された少なくとも1つの温度センサを有し、装置は、温度センサによって測定された温度の関数として閉ループ制御によって電源または電圧源を制御するように設定された少なくとも1つの制御ユニットを有する、5個の先行する実施形態のいずれかによる装置。
【0086】
実施形態19 電源および／または電圧源が、単相もしくは多相AC電源および／または単相もしくは多相AC電圧源、あるいはDC電源および／またはDC電圧源を含む、6個の先行する実施形態のいずれかによる装置。
【0087】
実施形態20 装置は、エネルギー回収シェルを少なくとも部分的に取り囲むように設定された少なくとも１つの冷却シェルを有し、冷却シェルは、室温以下に冷却するように設定されている、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0088】
実施形態21 装置は、エネルギー回収シェルから電気エネルギーを吸収するための少なくとも1つのエネルギー貯蔵手段、および／またはエネルギー回収シェルから電気エネルギーを供給するための消費者への少なくとも1つの供給部を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0089】
実施形態22 装置が、供給原料を２００℃から１７００℃、好ましくは３００℃から１４００℃、より好ましくは４００℃から８７５℃の範囲の温度に加熱するように設定されている、先行する実施形態のいずれかによる装置。
【0090】
実施形態23 装置が多数の反応管を有し、前記装置はl個の反応管を有し、lは2以上の自然数であり、前記反応管は対称または非対称のパイプおよび／またはそれらの組み合わせを有する、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0091】
実施形態24 供給原料が、空気、少なくとも１つの酸素含有媒体、水、水蒸気、および少なくとも１つの酸化媒体からなる群から選択される少なくとも１つの媒体を含む、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0092】
実施形態25 反応管が、少なくとも１つの吸熱反応を行うために少なくとも１つの供給原料が流れるように設定されている、先行する実施形態のいずれかに記載の装置。
【0093】
実施形態26 先行する実施形態のいずれかに記載の少なくとも１つの装置を備えるプラントであって、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、加熱するためのプラント、予熱するためのプラント、蒸気クラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化のための装置、改質器、乾式改質のための装置、スチレン製造のための装置、エチルベンゼン脱水素化のための装置、アセチレンの製造、クラッカー、接触クラッカー、脱水素化のための装置からなる群から選択される、プラント。
【0094】
実施形態27 装置に関する先行する実施形態のいずれかに記載の装置を使用して電気エネルギーを回収する方法であって、前記方法が、
供給原料を反応管に通すステップと、
エネルギー回収シェルの熱電発電装置を用いて、化学反応中に反応管で発生した熱を電気エネルギーに変換するステップと
を含む、方法。
供給原料を反応管に通すステップと、
エネルギー回収シェルの熱電発電装置を用いて、化学反応中に反応管で発生した熱を電気エネルギーに変換するステップと
を含む、方法。
【0095】
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、以下の好ましい実施例の説明から明らかになるであろう。それぞれの特徴は、この場合、単独で実装されてもよく、または2つ以上を互いに組み合わせて実装されてもよい。本発明は実施例に限定されない。実施例は、図面に図式的に示されている。個々の図の同一の参照番号は、同じであるか、同じ機能を有するか、またはそれらの機能の表現において互いに対応する要素に関する。
【0096】
個々の図は以下のものを示す。
【図面の簡単な説明】
【0097】
【図1a】反応管を伴う本発明の一装置の実施形態を示す図である。
【図1b】反応管を伴う本発明の一装置の実施形態を示す図である。
【図2a】多数の反応管を有する本発明の装置の実施形態を示す図である。
【図2b】多数の反応管を有する本発明の装置の実施形態を示す図である。
【図3a】2つの加熱ゾーンを備える本発明の装置の実施形態を示す図である。
【図3b】2つの加熱ゾーンを備える本発明の装置の実施形態を示す図である。
【図4a】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4b】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4c】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4d】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4e】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4f】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4g】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4h】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4i】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4j】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4k】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4l】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4m】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4n】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4o】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4p】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4q】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4r】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4s】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4t】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4u】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4v】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4w】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4x】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図4y】可能な反応管のための管タイプを伴う建築キットを伴う本発明の装置の実施形態および変形形態の例を示す図である。
【図5a】冷却回路を伴う本発明の装置の実施形態を示す図である。
【図5b】冷却回路を伴う本発明の装置の実施形態を示す図である。
【図7a】冷却回路を伴う矩形パイプ設計を伴う本発明の装置の実施形態を示す図である。
【図7b】冷却回路を伴う矩形パイプ設計を伴う本発明の装置の実施形態を示す図である。
【図8a】エネルギー貯蔵ユニットを伴う本発明の装置の実施形態および使用例を示す図である。
【図8b】エネルギー貯蔵ユニットを伴う本発明の装置の実施形態および使用例を示す図である。
【図8c】エネルギー貯蔵ユニットを伴う本発明の装置の実施形態および使用例を示す図である。
【図8d】エネルギー貯蔵ユニットを伴う本発明の装置の実施形態および使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0098】
実施例
図1aおよび図1bは、各々が1つの反応管112を伴う本発明の装置110の2つの実施形態の概略図を示す。装置110は、多数の管を備える。装置110は、例えば、図1aおよび図1bの実施形態では、同心配置の3つの中空円筒管を備える。管の少なくとも1つは、少なくとも1つの供給原料が流れるための反応管112として設定される。装置110は、少なくとも1つの反応空間111を有し得る。装置110は、少なくとも1つの吸熱反応を行うためのプラント、加熱するためのプラント、予熱するためのプラント、蒸気クラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化のための装置、改質器、乾式改質のための装置、スチレン製造のための装置、エチルベンゼン脱水素化のための装置、アセチレンの製造、クラッカー、接触クラッカー、脱水素化のための装置からなる群から選択されるプラントで使用可能であり得る。
図1aおよび図1bは、各々が1つの反応管112を伴う本発明の装置110の2つの実施形態の概略図を示す。装置110は、多数の管を備える。装置110は、例えば、図1aおよび図1bの実施形態では、同心配置の3つの中空円筒管を備える。管の少なくとも1つは、少なくとも1つの供給原料が流れるための反応管112として設定される。装置110は、少なくとも1つの反応空間111を有し得る。装置110は、少なくとも1つの吸熱反応を行うためのプラント、加熱するためのプラント、予熱するためのプラント、蒸気クラッカー、水蒸気改質器、アルカン脱水素化のための装置、改質器、乾式改質のための装置、スチレン製造のための装置、エチルベンゼン脱水素化のための装置、アセチレンの製造、クラッカー、接触クラッカー、脱水素化のための装置からなる群から選択されるプラントで使用可能であり得る。
【0099】
反応管112は、材料が流れることができる管として構成されてもよい。反応管112は、供給原料がそれを通って流れるように設定されてもよい。反応管112は、少なくとも1つの化学反応および／または副反応が反応管で進行することを可能にするように設定され得る。反応管112は、少なくとも1つのパイプラインおよび／または少なくとも1つのパイプラインセグメント114および／または少なくとも1つのパイプラインコイルを備え得る。パイプラインセグメント114は、パイプラインのサブ領域であってもよい。
【0100】
反応管は、例えば、供給原料を加熱するように設定され得る。反応管112は、反応器および／または炉もしくはその一部であってもよい。例えば、反応管112は、燃焼炉および／または電気加熱可能反応器の反応器として構成されてもよい。例えば、反応管112は、例えば、H．ZimmermannおよびR．Walzl、「Ethylene」、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry、2012 Wiley－VCH Verlag GmbH＆Co．KGaA、Weinheim、DOI：10．1002／14356007．a10＿045．pub3、欧州特許出願公開第2 653 524号明細書、米国特許第4，361，478号明細書、欧州特許出願公開第0 245 839号明細書または欧州特許出願公開3415587号明細書に記載されているように、燃焼炉の反応器として構成され得る。例えば、反応管112は、例えば国際公開第2015／197181号パンフレット、国際公開第2020／035575号パンフレットおよび国際公開第2020／035574号パンフレットに記載されているように、電気加熱可能な反応器として構成されてもよい。
【0101】
反応管112の形状および／または表面および／または材料は、供給原料に依存し得る。代替的または追加的に、反応管112の形状および／または表面および／または材料は、所望の反応ならびに／または特定の反応の回避ならびに／または反応および／もしくは他の要因の最適化に依存し得る。例えば、反応管112は、中空円筒として構成されてもよい。例えば、図1aから図3bに示すように、装置110のすべての管は、中空円筒として構成されてもよい。管は、完全に円筒形の構成であってもよく、またさらに非円筒形の部分を有してもよい。中空円筒は、例えば、高さとも呼ばれる、半径rおよび長さhを伴う円形円筒であってもよい。円形円筒は、軸に沿ってボアを有し得る。円筒形状からの差異も考えられる。例えば、管は、楕円形の断面積を有してもよい。他の形状も考えられる。
【0102】
供給原料は、基本的に任意の自由流動媒体であり得る。供給原料は、液体または気体であり得る。供給原料は、空気、少なくとも1つの酸素含有媒体、水、水蒸気、および少なくとも1つの酸化媒体からなる群から選択される少なくとも1つの媒体を含み得る。他の供給原料も考えられる。少なくとも1つの吸熱反応を実行するために、上記のプラントでいくつかの副反応が起こり、これらは、例えば、プラント構成要素、特に反応管112のコーキングにつながる可能性がある。したがって、コーキング、特にプラントのいわゆるデコーキングを焼き切るために、例えば、一定または規則的な間隔で発熱反応を行うことが通例である。デコーキングの場合、デコーキングガスとも呼ばれる供給原料を反応管112に供給することができ、コーキングを少なくとも1つの発熱反応から焼失させることができる。
【0103】
反応管112は、導電性、特に金属製の反応管112または非導電性の反応管112であってもよい。図1aの実施例では、反応管は導電性の金属反応管であってもよい。反応管112は、10－1Ωm未満の比電気抵抗率を有し得る。反応管112は、1・10－8Ωm≦ρ≦10－1Ωmの比電気抵抗率ρを有し得る。例えば、反応管112は、少なくとも1つのフェライト材料、少なくとも1つのオーステナイト材料、少なくとも1つの金属、少なくとも1つの金属合金、銅、アルミニウム、鉄、鋼合金、Cr合金および／またはNi合金、グラファイト、炭素、炭化物、ケイ化物からなる群から選択される少なくとも1つの材料を含み得る。
【0104】
しかしながら、図1bに示すように、非導電性管または導電性が低い管としての反応管112の構成も考えられる。例えば、反応管112は、同様の比抵抗率を有するセラミックまたは材料から製造され得る。反応管112は、ガルバニック絶縁体として構成されてもよい。反応管は112、105Ωmを超える比電気抵抗率を有し得る。反応管112は、1x105Ωm≦ρ≦1x1020Ωm、好ましくは1x105Ωm≦ρ≦1x1014Ωmの比電気抵抗率ρを有し得る。例えば、反応管112は、セラミック管として構成されてもよい。例えば、反応管112は、MgO、Al2O3、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、ケイ酸アルミニウム（ムライト）、ZrO2、ケイ酸マグネシウムアルミニウム（コージエライト）、ケイ酸マグネシウム（ステアタイト）、窒化ケイ素からなる群から選択される少なくとも1つの材料を含み得る。
【0105】
装置110は、図1aおよび図1bに示すように、少なくとも1つの加熱シェル129を有し得る。装置110は、加熱シェル129を通る電流の通過時に生じるジュール熱によって反応管112を加熱する電流を加熱シェル129に生成するように設定された少なくとも1つの電源または電圧源126を有し得る。加熱シェル129は、そこへ供給されたエネルギーを熱の形態で反応管112に伝達するように設定された任意のシェルであってもよい。加熱シェル129は、反応管112を少なくとも部分的に取り囲んでもよい。加熱シェル129の形状および／または材料は、加熱される反応管112に適合させ得る。例えば、反応管112のエネルギー効率の良い加熱が可能であり得る。
【0106】
加熱シェル129は、フェライト材料およびオーステナイト材料、例えばCrNi合金、CrMoまたはセラミックからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含み得る。例えば、加熱シェルは、少なくとも1つの金属および／または少なくとも1つの合金、例えば、銅、アルミニウム、鉄、鋼またはCrまたはNi合金、グラファイト、炭素、炭化物、ケイ化物から製造されていてもよい。半導体、例えばGe、Si、セレン化物、テルル化物、ヒ化物、アンチモン化物も加熱シェルの材料として考えられる。
【0107】
加熱シェル129は、通電加熱シェルであってもよい。加熱シェル129は、特に接続された電源または電圧源126を伴い、1x10－8Ωm≦ρ≦105Ωmの比電気抵抗率ρを有し得る。加熱シェル129は、10 W／（mK）≦λ≦6000 W／（mK）、好ましくは20 W／（mK）≦λ≦5000 W／（mK）の熱伝導率λを有し得る。加熱シェル129は、2000℃まで、好ましくは1300℃まで、より好ましくは1000℃までの範囲内で熱的に安定であってもよい。
【0108】
上記のように、装置110は、加熱シェルを通る電流の通過時に生じるジュール熱によって反応管112を加熱する電流を加熱シェル129に生成するように設定された少なくとも1つの電源または少なくとも1つの電圧源126を有し得る。電源および／または電圧源126は、単相もしくは多相AC電源および／または単相もしくは多相AC電圧源あるいはDC電源および／またはDC電圧源を含んでもよい。装置110は、特に電気端子128を介して、電源および／または電圧源126を加熱シェル129に電気的に接続する少なくとも1つの入力および出力127を有し得る。
【0109】
加熱シェル129において生成された電流は、供給原料を加熱するために、電流が加熱シェル129を通過する際に生じるジュール熱によって反応管112を加熱することができる。反応管112の加熱は、反応管112の温度の変化、特に反応管112の温度の上昇をもたらす少なくとも1つの動作を含み得、および／または、例えば、反応管112で起こる反応が受けるのと同じ量の熱を消費するとき、反応管112の温度が本質的に一定のままであるという効果を有する。供給原料は、例えば、定義された、または所定の温度値に加熱されてもよい。装置110は、供給原料を200℃から1700℃、好ましくは300℃から1400℃、より好ましくは400℃から875℃の範囲の温度に加熱するように設定されてもよい。しかしながら、他の温度および温度範囲も考えられる。
【0110】
反応管112は、加熱シェル129によって生成されたジュール熱を少なくとも部分的に吸収し、それを供給原料に少なくとも部分的に放出するように設定されてもよい。例えば、少なくとも1つの吸熱反応を反応管112で行うことができる。吸熱反応は、供給原料の加熱および／または予熱を含み得る。特に、供給原料は反応管112において加熱されてもよい。
【0111】
加熱シェル129は、加熱シェル129が反応管112を少なくとも部分的に取り囲むように配置されてもよい。例えば、加熱シェル129は、反応管112を完全に取り囲んでもよく、またはさらに反応管112のサブ領域のみを取り囲んでもよい。例えば、反応管112は、加熱シェル129の内筒として配置されてもよい。例えば、2つ以上の加熱シェル129が、反応管112の周りにリングの形態で配置されてもよい。例えば、反応管112は螺旋形状であってもよく、加熱シェル129は反応管112の周りに配置されてもよい。反応管112または2つ以上の反応管112の異なる領域の周りに異なるまたは同一の加熱シェル129が配置され、反応管112の領域の個別の加熱を可能にすることができる実施形態も考えられる。
【0112】
図1bに示すように、加熱シェル129は、反応管112を直接取り囲み、電流によって生成したその熱を反応管112に放出するように設定されてもよい。反応管112および加熱シェル129は、装置110の隣接する管として配置されてもよい。特に、反応管112と加熱シェル129との間にさらなる管が配置されなくてもよい。
【0113】
図1aは、反応管112および加熱シェル129の異なる配置を示す。この構成では、加熱シェル129は、反応管112を間接的に取り囲む。上記のように、図1aに示す反応管112は、導電性、特に金属製の反応管112であってもよい。装置110は、少なくとも1つのガルバニック絶縁体124、特に熱伝導性のものを備えてもよい。ガルバニック絶縁体124は、反応管112と加熱シェル129との間に配置されてもよい。ガルバニック絶縁体124は、反応管112を加熱シェル129からガルバニック絶縁し、加熱シェル129から反応管112に熱を伝達するように設定され得る。ガルバニック絶縁体124は、1x105Ωm≦ρ≦1x1014Ωmの比電気抵抗率ρを有し得る。熱伝達率が高い場合がある。ガルバニック絶縁体124は、10 W／（mK）≦λ≦6000 W／（mK）、好ましくは20 W／（mK）≦λ≦5000 W／（mK）の熱伝導率λを有し得る。ガルバニック絶縁体124は、セラミック、ガラス質、ガラス繊維強化、プラスチック様または樹脂様材料、例えばセラミック、ステアタイト、磁器、ガラス、ガラス繊維強化プラスチック、エポキシ樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー、および十分に電気絶縁性の液体、絶縁塗料からなる群から選択される少なくとも1つの材料を含み得る。ガルバニック絶縁体124は、管、薄膜、被覆、または層のうちの1つまたは複数として構成され得る。ガルバニック絶縁体は、例えば、可撓性ガルバニック絶縁体、例えば薄膜であってもよい。このようにして、温度差の場合の膨張を可能にし得る。ガルバニック絶縁体124は、通電された加熱シェル129から反応管112に熱を伝達するように設定され得る。同時に、ガルバニック絶縁体124は、反応管112を加熱シェル129からガルバニック絶縁することができる。
【0114】
図2aおよび図2bは、多数の反応管112を伴う実施形態を示す。図2aの装置110のさらなる要素の構成に関しては、図1aの説明を参照し得、図2bの装置110のさらなる要素の構成に関しては、図1bの説明を参照し得る。装置110は、l個の反応管112を有し得、lは2以上の自然数である。例えば、装置110は、少なくとも2、3、4、5またはそれ以上の反応管112を備えてもよい。装置110は、例えば、最大100個の反応管112を備え得る。例えば、反応管112は、加熱シェル129内に配置されてもよい。例えば、反応管112は螺旋形状であってもよく、加熱シェルは反応管の周りに配置されてもよい。反応管または2つ以上の反応管の異なる領域の周りに異なるまたは同一の加熱シェルが配置され、反応管の領域の個別の加熱を可能にすることができる実施形態も考えられる。
【0115】
反応管112は、貫通接続されてもよく、したがって管システム118を形成してもよい。管システム118は、流入管および流出管を備えてもよい。管システム118は、供給原料を受け取るための少なくとも1つの入口120を備えてもよい。管システム118は、供給原料を排出するための少なくとも1つの出口122を備えてもよい。反応管112は、互いに流体接続されてもよい。したがって、反応管112は、供給原料が反応管112を次々に通って流れるように配置および接続されてもよい。2つ以上またはすべての反応管112は、直列および／または並列に構成されてもよい。反応管112は、供給原料が少なくとも2つの反応管112を並列に通って流れることができるように、互いに並列に相互接続されてもよい。反応管112、特に並列に接続された管は、異なる供給原料を並列に輸送するように設計されてもよい。特に、並列に接続された管は、異なる供給原料を輸送するための互いに異なる形状および／または表面および／または材料を有し得る。特に1つの供給原料の輸送のために、供給原料を並列構成における、それらの管の間で分割することができるように、反応管112のうちのいくつかまたはすべてが並列構成であってもよい。直列接続と並列接続の組み合わせも考えられる。反応管112として導電性管を使用する場合、流入および流出パイプラインは、互いにガルバニック絶縁されてもよい。この目的のために、装置110は、少なくとも1つの絶縁体、特に多数の絶縁体を備え得る。それぞれのパイプラインと流入および流出パイプラインの間のガルバニック絶縁は、絶縁体によって確保することができる。絶縁体は、供給原料の自由な流れを確実にすることができる。
【0116】
図1aおよび図1bに概略的に示すように、装置110は、反応管112を少なくとも部分的に取り囲む少なくとも1つのエネルギー回収シェル130を有する。エネルギー回収シェル130は、例えば、反応管112を完全に取り囲んでもよい。エネルギー回収シェル130は、供給原料の加熱のために消費されるエネルギーを少なくとも部分的に回収するように設定されたシェルであってもよい。エネルギー回収シェル130は、熱を電気エネルギーに変換するように設定された少なくとも1つの熱電発電装置（TEG）を有する。変換は、熱電エネルギー変換であってもよい。熱は、少なくとも部分的にエネルギーに変換することができる。例えば、TEGは5－10％の効率を有し得る。
【0117】
TEGは、ゼーベック効果と呼ばれるものを介して熱流（温度差）を電気エネルギーに変換するように設定された装置であり得る。エネルギー回収シェル130は、反応管の発熱反応、特にデコーキング動作で生じる熱を電気エネルギーに変換するように設定されてもよい。化学反応は、活性化エネルギーとして最初に供給されたよりも多くのエネルギーを放出するときに発熱性であると考えることができる。発熱反応は、反応管の堆積物に対するデコーキングおよび／または酸化動作中に進行し得る。例えば、温度差は、例えば冷却動作後に、反応管112に1000℃の温度があり、装置110の外側シェルに20℃の温度があるという点で生じ得る。
【0118】
TEGは、例えば、Elsevier Ltd．によって公開された米国特許出願公開第2014／0238459号明細書、Mengjun Zhangらによる「円筒ホットソースのための環状および平板型熱電発電装置の性能比較」、https：／／doi．org／10．1016／j．egyr．2021．01．008，2352－4847／2021に記載されているように構成され得る。
【0119】
エネルギー回収シェル130は、0．5以上、好ましくは0．8以上、より好ましくは1以上の熱電性能指数ZTを有する少なくとも1つの材料を含み得る。熱電性能指数は、ZT＝（α2（T）・σ（T）・T）／κ（T）として記載し得、ここで、αは材料のゼーベック係数、σは導電率、κは比熱伝導率である。エネルギー回収シェル130は、鉛テルル（Pb－Te）、少なくとも1つのテルリド、少なくとも1つのシリコーン、少なくとも1つのシリケート、少なくとも1つのシリサイド、少なくとも1つのSi－Geシリサイド、少なくとも1つのポリマー、少なくとも1つのセラミック、少なくとも1つのスクッテルダイト、CoSb3スクッテルダイト、ゲルマニウム、少なくとも1つのセミホイスラー合金、Mg2（Sn，Si）、Sr1－xAxZn1－yGaySn1－zXz（A：Ca，Ba，La，Eu；X：Si，Sb）、Ca1－xAxAl2－yTMySi2（A＝Sr，Ba；TM＝Mn，Znからな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。TEGは、2 mmから50 mm、好ましくは2 mmから30 mm、より好ましくは5 mmから30 mmの厚さを有し得る。
【0120】
エネルギー回収シェル130は、多数の熱電モジュールを有し得る。
【0121】
TEGは、例えば、Elsevier Ltd．によって公開されたMengjun Zhang et al．，「円筒ホットソースのための環状および平板型熱電発電装置の性能比較」、https：／／doi．org／10．1016／j．egyr．2021．01．008，2352－4847／2021に記載されているように、平坦または環状構成であってもよい。TEGの形状および／またはモジュール性は、反応管112の形状および／または予想される温度差に依存し得る。
【0122】
装置110は、エネルギー回収シェル130から電気エネルギーを吸収するための、図1aおよび図1bに電気抵抗器132として示されている、少なくとも1つのエネルギー貯蔵手段、および／またはエネルギー回収シェル130から電気エネルギーを供給するための消費者への少なくとも1つの供給部を含み得る。消費は、完全であってもよいし、少なくとも部分的であってもよい。消費は、貯蔵を含み得る。消費は、電気エネルギーの別の形態のエネルギーへの変換を含み得る。TEGは、電気エネルギーを直接引き出すことができるように構成されてもよい。したがって、装置110は、TEGでの直接の温度が高すぎず、同時に低すぎないように構成され得る。使用されるTEG材料は、温度範囲にわたって、特に供給原料が加熱される温度で安定であり得る。代替的または追加的に、装置110は、TEGを保護するための、例えば冷却または予冷のためのさらなる要素を有してもよい。したがって、温度は、TEGの材料に応じて調整され得る。
【0123】
反応管112およびエネルギー回収シェル130は、同心配置であってもよい。反応管112は内側管であってもよく、エネルギー回収シェル130はさらに外側に配置されてもよい。例えば、エネルギー回収シェル130は、図1a、図1b、図2a、図2b、図3aおよび図3bに示すように、装置110の外側シェルであってもよい。しかしながら、他の設計も考えられる。例えば、装置110は、図5aおよび図5bに示すように、装置110のすべての管を少なくとも部分的に取り囲む冷却シェル146を追加的に有し得る。
【0124】
装置110は、複数の加熱ゾーン144を備え得る。例えば、装置110は、2つ以上の加熱ゾーン144を有してもよい。各加熱ゾーン144は、少なくとも1つの加熱シェル129を備えてもよい。加熱シェル129は、電気接続133によって接続されてもよい。装置110はまた、供給原料の加熱がない領域、例えば単なる輸送ゾーンを有してもよい。図3aおよび図3bは、2つの加熱ゾーン144を伴う実施形態を示す。例えば、2つの加熱ゾーンは、2つの反応器または2つの熱伝達器、または1つの反応器および1つの熱伝達器として構成されてもよい。図3aの装置110のさらなる要素の構成に関しては、図1aの説明を参照し得、図3bの装置110のさらなる要素の構成に関しては、図1bの説明を参照し得る。図3aでは、反応管112は、TEGの外部配置を伴う金属円筒として構成されている。図3bでは、反応管112は、TEGの外部配置を伴うセラミック円筒として構成されている。
【0125】
図4aから図4yは、可能な反応管112のための管タイプを伴う建築キットを伴う装置110の実施形態および変形形態の例を示す。上記のように、装置110は、多数の反応管112を有してもよい。反応管112は、例えば、直径および／または長さおよび／または形状に関して異なる構成であってもよい。反応管112は、対称および／または非対称パイプおよび／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では、装置110は、同一の管タイプの反応管112を備えてもよい。管タイプは、管の水平構成、管の垂直構成、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、パスの数n、パスごとの長さ、パスごとの直径、形状、表面ならびに材料からな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。装置110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み得る。例えば、装置は、入口（l1）および／または出口（l2）および／または移行部（l3）に異なる長さの管を備え得る。例えば、装置110は、入口（d1）および／または出口（d2）および／または移行部（d3）の直径が非対称である管を備え得る。例えば、装置110は、異なるパス数を伴う管を備えてもよい。例えば、装置は、パスごとに異なる長さおよび／またはパスごとに異なる直径を伴うパスを伴う管を備え得る。原則として、並列および／または直列の任意の管の任意の組み合わせが考えられる。装置110は、多数の入口120および／または出口122および／または生産流を備え得る。異なるまたは同一の管タイプの反応管112は、複数の入口120および／または出口122と並列および／または直列に配置されてもよい。反応管112のための可能な管は、建築キット134の形態の様々な管タイプの形態をとり得、最終用途に応じて、必要に応じて選択して組み合わせられ得る。異なる管タイプの管の使用は、供給が変動しているときの反応のより正確な温度制御および／または調整、ならびに／あるいは反応の選択的収率ならびに／あるいは最適化された方法論を可能にすることができる。管は、同一または異なる形状および／または表面および／または材料を備え得る。
【0126】
図4aから図4yは、管または円筒タイプの例として可能な実施形態を概略図で示す。この管タイプは、以下のカテゴリに分割することができ、カテゴリの考えられるすべての組み合わせが可能である。
カテゴリAは、反応管112および／または管セグメント114のコースを示し、A1は、水平コースを伴う管または円筒タイプを示し、A2は、垂直コース、すなわち水平コースに垂直なコースを伴う管タイプを示す。
カテゴリBは、入口（l1）および／または出口（l2）の長さならびに／あるいは入口（d1）および／または出口（d2）および／または移行部（d3）の直径の比を指定し、6つの異なる可能な組み合わせが建築キット134に提供される。
カテゴリCは、入口（l1）および／または出口（l2）の長さとパスの長さとの比を示す。ここではすべての組み合わせが考えられ、この場合にはCiとラベル付けされる。
カテゴリFは電極の数を含み、F1は、例えばDC電源またはAC電源の場合、電極の数が≦2であることを示す。F2は、例えば三相電源の場合、電極の数が＞2であることを示す。
カテゴリAは、反応管112および／または管セグメント114のコースを示し、A1は、水平コースを伴う管または円筒タイプを示し、A2は、垂直コース、すなわち水平コースに垂直なコースを伴う管タイプを示す。
カテゴリBは、入口（l1）および／または出口（l2）の長さならびに／あるいは入口（d1）および／または出口（d2）および／または移行部（d3）の直径の比を指定し、6つの異なる可能な組み合わせが建築キット134に提供される。
カテゴリCは、入口（l1）および／または出口（l2）の長さとパスの長さとの比を示す。ここではすべての組み合わせが考えられ、この場合にはCiとラベル付けされる。
カテゴリFは電極の数を含み、F1は、例えばDC電源またはAC電源の場合、電極の数が≦2であることを示す。F2は、例えば三相電源の場合、電極の数が＞2であることを示す。
【0127】
図4bから図4yは、同じおよび／または異なる管タイプの反応管112および／または管セグメント114の組み合わせの本発明の実施例を示す。図4bは、連続して配置された、3つの水平パイプライン112および／または管タイプA1のパイプラインセグメント114を伴う反応管112の組み合わせを示す。図4cは、並列に接続された管タイプA2の2つの垂直管、ならびに管タイプA2と同様の、1つの下流反応管112および／または1つの下流パイプラインセグメント114を示す。図4dは、管タイプA2の多数の反応管112および／またはパイプラインセグメント114を示し、それらはすべて並列に接続される。図4eは、カテゴリBの多数の管タイプが連続して配置される実施形態を示す。反応管112および／またはパイプラインセグメント114は、ここでは、Biによって識別される、カテゴリBの同一または異なる管タイプであってもよい。図4fは、カテゴリBの6つの反応管112および／またはパイプラインセグメント114を伴う実施形態を示し、各場合において、2つの反応管112および／またはパイプラインセグメント114の2個の並列ストランドに配置され、2つのさらなる反応管112および／またはパイプラインセグメント114が下流に接続される。図4gは、カテゴリCのパイプライン112および／またはパイプラインセグメント114を伴う実施形態を示し、2つのパイプライン112および／またはパイプラインセグメント114が並列に接続され、1つの反応管112および／または1つのパイプラインセグメント114が下流に接続される。図4hから図4mに示すように、カテゴリA、B、およびCの混合形態も可能である。
【0128】
上述したように、装置110は、多数の入口120および／または出口122および／または生産流を備え得る。異なるまたは同一の管タイプの反応管112および／またはパイプラインセグメント114は、例えば、図4kおよび図4mに示すように、複数の入口120および／または出口122と並列および／または直列に配置され得る。
【0129】
図4nから図4pは、カテゴリAおよびFiの反応管112および／またはパイプラインセグメント114の例示的な組み合わせを示す。図4qおよび図4rは、カテゴリBおよびFiの反応管112および／またはパイプラインセグメント114の例示的な組み合わせを示す。図4sは、カテゴリCおよびFiの反応管112および／またはパイプラインセグメント114の例示的な組み合わせを示す。図4tは、カテゴリA、B、CおよびFiの反応管112および／またはパイプラインセグメント114の例示的な組み合わせを示す。図4uは、カテゴリA、CおよびFiの反応管112および／またはパイプラインセグメント114の例示的な組み合わせを示す。図4vは、カテゴリB、CおよびFiの反応管112および／またはパイプラインセグメント114の例示的な組み合わせを示す。図4wおよび図4yは、カテゴリA、B、CおよびFiの反応管112および／またはパイプラインセグメント114の例示的な組み合わせを示す。図4xは、カテゴリA、BおよびFiの反応管112および／またはパイプラインセグメント114の例示的な組み合わせを示す。カテゴリA、B、CおよびFiの異なるまたは同一の管タイプの反応管112および／またはパイプラインセグメント114は、複数の入口120および／または出口122と並列および／または直列に配置し得る。多数の入口120および／または出口122および／または生産流の例を図4o、図4p、図4r、図4s、図4vから図4yに示す。ラインは、供給原料の流れを表し得るが、電気的接続も示し得る。
【0130】
図5aおよび図5bは、冷却シェル146を備える冷却回路を伴う本発明の装置の実施形態を示す。冷却シェル146は、エネルギー回収シェル130を少なくとも部分的に取り囲むように設定され得る。冷却シェル146は、室温以下に冷却するように設定され得る。冷却シェル146は、例えば、規定値で、反応管112の温度、特に反応管112のシェルの温度との温度差を確立するように設定され得る。冷却シェル146は、少なくとも1つの冷却媒体を有し得る。図5aの装置110のさらなる要素の構成に関しては、図1aの説明を参照し得、図5bの装置110のさらなる要素の構成に関しては、図1bの説明を参照し得る。図5aでは、反応管112は金属円筒として構成されている。外側に同心配置で、冷却シェル146によって囲まれたTEGがある。図5bでは、反応管112はセラミック円筒として構成されている。外側に同心配置で、冷却シェル146によって囲まれたTEGがある。
【0131】
図6a、図6b、図7aおよび図7bは、反応管112から離れた装置110の管、または反応管112が矩形形状を有する実施形態を示す。これらの図における反応管112も、中空円筒として構成されている。図6aは、図1aの装置110と同様の実施形態を示す。図6bは、図2aの装置110と同様の実施形態を示す。図7aおよび図7bは、追加の冷却シェル146を伴う実施形態を示す。図7aは、図5aの装置110と同様の実施形態を示す。図7bは、図7aにおけるものと同様の構成であるが、多数の反応管112を伴う構成を示す。
【0132】
図8aから図8dは、装置の使用例を示す。純粋に例として、図8aから図8dの装置110は、図1aの装置110と同様に示されている。しかしながら、装置110の任意の他の記載された実施形態が考えられる。上記のように、装置110は、電気抵抗器132によって概略的に示されている、エネルギー回収シェル130から電気エネルギーを吸収するための少なくとも1つのエネルギー貯蔵手段、および／またはエネルギー回収シェル130から電気エネルギーを供給するための消費者への少なくとも1つの供給部を含み得る。図8aでは、消費者は任意の消費者148として示されている。消費者148は、例えば、充電ステーション、照明、別の反応器または任意の他の消費者のうちの1つまたは複数であってもよい。例は、熱交換器、熱伝達器、エネルギー貯蔵手段、電池または蓄電池である。図8bは、例えば、エネルギーを使用してさらなる装置110の加熱シェルを加熱することができるさらなる装置110の形態の消費者を示す。図8cは、2つの装置110（各々図1aの装置110と同様）の実施例を示し、装置110は各々、回収されたエネルギーを電気抵抗器132に供給するように設定されている。これは、例えば、それぞれの他の反応器を加熱するために利用することができる。図8dは、回収されたエネルギーによって少なくとも部分的に動作することができる多数の同一または異なる消費者148を伴う例を示す。回収されたエネルギーの他の使用も考えられる。
【符号の説明】
【0133】
110 装置
111 反応空間
112 反応管
114 管セグメント
118 管システム
120 入口
122 出口
124 ガルバニック絶縁体
126 電圧／電源
127 電気入力および出力
128 電気端子
129 加熱シェル
130 エネルギー回収シェル
132 電気抵抗器
133 電気接続
134 建築キット
144 加熱ゾーン
146 冷却シェル
148 任意の消費者
111 反応空間
112 反応管
114 管セグメント
118 管システム
120 入口
122 出口
124 ガルバニック絶縁体
126 電圧／電源
127 電気入力および出力
128 電気端子
129 加熱シェル
130 エネルギー回収シェル
132 電気抵抗器
133 電気接続
134 建築キット
144 加熱ゾーン
146 冷却シェル
148 任意の消費者
【図1a】
【図1b】
【図2a】
【図2b】
【図3a】
【図3b】
【図4a】
【図4b】
【図4c】
【図4d】
【図4e】
【図4f】
【図4g】
【図4h】
【図4i】
【図4j】
【図4k】
【図4l】
【図4m】
【図4n】
【図4o】
【図4p】
【図4q】
【図4r】
【図4s】
【図4t】
【図4u】
【図4v】
【図4w】
【図4x】
【図4y】
【図5a】
【図5b】
【図6a】
【図6b】
【図7a】
【図7b】
【図8a】
【図8b】
【図8c】
【図8d】
【国際調査報告】