[go: up one dir, main page]

WO2024258191A1 - 전기 가열 반응기 - Google Patents

전기 가열 반응기 Download PDF

Info

Publication number
WO2024258191A1
WO2024258191A1 PCT/KR2024/008085 KR2024008085W WO2024258191A1 WO 2024258191 A1 WO2024258191 A1 WO 2024258191A1 KR 2024008085 W KR2024008085 W KR 2024008085W WO 2024258191 A1 WO2024258191 A1 WO 2024258191A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reaction
reactant
reactor
type
supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/KR2024/008085
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박홍석
강무성
최재훈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020240075968A external-priority patent/KR20240175326A/ko
Application filed by LG Chem Ltd filed Critical LG Chem Ltd
Priority to EP24823708.3A priority Critical patent/EP4588559A1/en
Priority to CN202480004241.5A priority patent/CN119998036A/zh
Priority to JP2025519871A priority patent/JP2025535070A/ja
Publication of WO2024258191A1 publication Critical patent/WO2024258191A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G15/00—Cracking of hydrocarbon oils by electric means, electromagnetic or mechanical vibrations, by particle radiation or with gases superheated in electric arcs
    • C10G15/08—Cracking of hydrocarbon oils by electric means, electromagnetic or mechanical vibrations, by particle radiation or with gases superheated in electric arcs by electric means or by electromagnetic or mechanical vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00389—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2208/00415—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements electric resistance heaters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00132—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00132—Controlling the temperature using electric heating or cooling elements
    • B01J2219/00135—Electric resistance heaters

Definitions

  • the present invention relates to an electrically heated reactor, and more particularly, to an electrically heated reactor that divides the interior of a reactor housing into a plurality of reaction regions and independently heats each reaction region by utilizing electrical heating technology.
  • natural gas is used as a fuel to maintain the temperature of various facilities (e.g., crackers, reformers, reactors, boilers, etc.).
  • heating by combustion of natural gas is not only inefficient in terms of energy consumption, but also a major cause of carbon emissions. Therefore, efforts are being made to replace the heating method by combustion of natural gas with an electric heating method.
  • An embodiment of the present invention is to provide an electrically heated reactor that divides the interior of a reactor housing into a plurality of reaction zones and independently heats each reaction zone using electrical heating technology.
  • An electric heating reactor comprises: at least one first reaction tube having a first passage formed therein through which a reactant passes and configured to heat the reactant passing through the first passage; at least one second reaction tube having a second passage formed therein through which a reactant passes and configured to heat the reactant passing through the second passage; a first power source configured to supply power to the at least one first reaction tube; and a second power source configured to supply power to the at least one second reaction tube, wherein the first power source and the second power source can be independently controlled.
  • the first channel can define the first reaction area
  • the second channel can define the second reaction area
  • the electrically heated reactor may further include a first reactor inlet communicating with the first reaction region to supply reactants to the first reaction region; a first reactor outlet communicating with the first reaction region to discharge reactants from the first reaction region; a second reactor inlet communicating with the second reaction region to supply reactants to the second reaction region; and a second reactor outlet communicating with the second reaction region to discharge reactants from the second reaction region.
  • the first reaction zone and the second reaction zone within the electrically heated reactor may not be connected to each other.
  • the electrically heated reactor may further include a first mixer configured to receive a first type of reactant from a first type of reactant supply source, mix the first type of reactant, and supply the mixed first type of reactant to a first reaction tube; and a second mixer configured to receive a first type of reactant from the first type of reactant supply source, mix the first type of reactant, and supply the mixed first type of reactant to a second reaction tube.
  • the first reaction region and the second reaction region are controlled to the same temperature, and the first type of reactants are supplied to the first reaction region and the second reaction region from the first and second mixers, respectively, so that the same reaction can occur.
  • the electric heating reactor may further include a first mixer configured to receive a first kind of reactant from first kinds of reactant sources, mix the first kind of reactant, and supply the mixed first kind of reactant to a first reaction tube; and a second mixer configured to receive a second kind of reactant from second kinds of reactant sources, mix the second kind of reactant, and supply the mixed second kind of reactant to a second reaction tube.
  • the first reaction zone and the second reaction zone are controlled to different temperatures, and a first type of reactants is supplied to the first reaction zone from the first mixer, and a second type of reactants is supplied to the second reaction zone from the second mixer, so that different reactions can occur simultaneously.
  • At least one first reaction tube and at least one second reaction tube are arranged longitudinally within the reactor housing, and a partition wall is installed longitudinally within the interior of the reactor housing to physically divide the space within the reactor housing into first and second zones, and at least one first reaction tube can be arranged in the first zone, and at least one second reaction tube can be arranged in the second zone.
  • the electrically heated reactor may further include an insulator surrounding and thermally insulating at least a portion of the first and second reaction tubes.
  • the temperature inside the reactor can be efficiently and uniformly maintained by utilizing electric heating technology.
  • the interior of the reactor housing can be divided into multiple reaction zones, and each reaction zone can be heated independently. Therefore, various reactions can be supported with a single electric heating reactor to manufacture various products.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an electric heating reactor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a cross-section of an electric heating reactor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 illustrates one example of using an electric heating reactor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 illustrates another example using an electric heating reactor according to an embodiment of the present invention.
  • controller may refer to a hardware device including a memory and a processor.
  • the memory is configured to store program instructions
  • the processor is specifically programmed to execute the program instructions to perform one or more processes described in more detail below.
  • the controller may control the operation of units, modules, components, devices, or the like, as described herein. It is also understood that the methods below may be executed by a device including the controller in conjunction with one or more other components, as will be appreciated by those skilled in the art.
  • controller of the present disclosure may be implemented as a non-transitory computer-readable storage medium containing executable program instructions that are executed by the processor.
  • Examples of computer-readable storage media include, but are not limited to, ROM, RAM, compact disc (CD) ROM, magnetic tapes, floppy disks, flash drives, smart cards, and optical data storage devices.
  • the computer-readable storage medium may also be distributed throughout a computer network so that the program instructions are stored and executed in a distributed manner, such as on a telematics server or a Controller Area Network (CAN).
  • CAN Controller Area Network
  • an electric heating reactor comprises at least one first reaction tube having a first passage formed therein through which a reactant passes and configured to heat the reactant passing through the first passage, at least one second reaction tube having a second passage formed therein through which a reactant passes and configured to heat the reactant passing through the second passage, a first power source configured to supply power to the at least one first reaction tube, and a second power source configured to supply power to the at least one second reaction tube.
  • first power source and the second power source can be independently controlled. That is, the supply of power to the first reaction region defined by the first passage and the supply of power to the second reaction region defined by the second passage can be independently controlled.
  • first reaction region and the second reaction region can be controlled to different temperatures. If the first reaction region and the second reaction region are controlled to the same temperature, the reaction region can be expanded by supplying the same type of reactant to the first reaction region and the second reaction region. In contrast, if the first reaction region and the second reaction region are controlled to different temperatures, the first type of reactant can be supplied to the first reaction region and the second type of reactant can be supplied to the second reaction region, thereby allowing different reactions to proceed in one reactor. Therefore, various reactions can be supported with one electric heating reactor to manufacture various products.
  • the electric heating reactor may further include a first mixer configured to receive first types of reactants from first types of reactant sources, mix them, and supply the mixed first types of reactants to a first reaction tube, and a second mixer configured to receive second types of reactants from second types of reactant sources, mix them, and supply the mixed second types of reactants to a second reaction tube.
  • the first reactants may be controlled to a first temperature and a first reaction may occur to generate a first product
  • the second reactants may be controlled to a second temperature and a second reaction may occur to generate a second product.
  • the above electric heating reactor further includes an insulator that surrounds and thermally insulates the first and second reaction tubes. Accordingly, energy efficiency can be improved by reducing unnecessary heat loss that is discharged outside the electric heating reactor.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating an electric heating reactor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a cross-section of an electric heating reactor according to an embodiment of the present invention.
  • the electric heating reactor (10) is configured to receive power to generate heat and heat a reactant therein using the heat generated.
  • the electric heating reactor (10) includes a reactor housing (11), at least one first reaction tube (20), and at least one second reaction tube (30).
  • the reactor housing (11) is formed in a generally cylindrical shape, and a partition wall (19) is installed longitudinally inside the reactor housing (11) to physically divide the space inside the reactor housing (11) into two zones. Therefore, the first zone and the second zone inside the reactor housing (11) are not connected to each other. At least one first reaction tube (20) is provided in the first zone, and at least one second reaction tube (30) is provided in the second zone.
  • a first reactor inlet (12) connected to the first zone is formed on one side of the reactor housing (11), and a first reactor outlet (14) connected to the first zone is formed on the other side of the reactor housing (11).
  • the first reactor inlet (12) and the first reactor outlet (14) are fluidly connected to the first reaction tube (20), so that a reactant introduced into the first zone of the reactor housing (11) through the first reactor inlet (12) passes through the first reaction tube (20) and is electrically heated, and then is discharged out of the first zone of the reactor housing (11) through the first reactor outlet (14).
  • the reactant is electrically heated within the first reaction tube (20) and a target reaction can occur, the region within the first reaction tube (20) will be referred to as a first reaction region (24).
  • a second reactor inlet (16) connected to the second zone is formed on one side of the reactor housing (11), and a second reactor outlet (18) connected to the second zone is formed on the other side of the reactor housing (11).
  • the second reactor inlet (16) and the second reactor outlet (18) are fluidly connected to the second reaction tube (30), so that a reactant introduced into the second zone of the reactor housing (11) through the second reactor inlet (16) passes through the second reaction tube (30) and is electrically heated, and then is discharged out of the second zone of the reactor housing (11) through the second reactor outlet (18).
  • the reactant since the reactant is electrically heated within the second reaction tube (30) and a target reaction can occur, the region within the second reaction tube (30) will be referred to as a second reaction region (34).
  • the first reaction region (24) and the second reaction region (34) are not connected to each other inside the reactor housing (11), but may be connected to each other outside the reactor housing (11). More specifically, the reactant introduced into the first reaction region (24) through the first reactor inlet (12) does not enter the second reaction region (34) inside the reactor housing (11) but is discharged to the outside of the reactor housing (11) through the first reactor outlet (14). Similarly, the reactant introduced into the second reaction region (34) through the second reactor inlet (16) does not enter the first reaction region (24) inside the reactor housing (11) but is discharged to the outside of the reactor housing (11) through the second reactor outlet (18).
  • the number of partition walls (19), the number of zones inside the reactor housing (11) and the number of reaction tube types are not limited to 1, 2 and 2, respectively. If necessary, a person skilled in the art can appropriately set the number of partition walls (19), the number of zones inside the reactor housing (11) and the number of reaction tube types.
  • the first reaction tube (20) is arranged in the first region and is made of a metal material having high resistivity, and a first passage through which a reactant passes is formed in the longitudinal direction inside the tube.
  • the first reaction tube (20) may be formed in an annular pipe shape, and the first passage may be formed in the longitudinal direction inside the tube.
  • the first passage defines a first reaction region (24) in which a reaction of the reactant occurs.
  • One end of the first reaction tube (20) near the first reactor inlet (12) defines the first tube inlet (21), and the other end of the first reaction tube (20) near the first reactor outlet (14) defines the first tube outlet (22).
  • a reactant introduced into the interior of the reactor housing (11) through the first reactor inlet (12) is introduced into the first reaction tube (20) through the first tube inlet (21), passes through the first reaction region (24) defined by the first passage, is electrically heated, and a target reaction occurs.
  • the reactant reacted in the first reaction region (24) is discharged to the outside of the reactor housing (11) through the first tube outlet (22) and the first reactor outlet (14).
  • the second reaction tube (30) is arranged in the second region and is made of a metal material having high resistivity, and a second passage through which the reactants pass is formed in the longitudinal direction inside it.
  • the second reaction tube (30) may be formed in an annular pipe shape, and the second passage may be formed in the longitudinal direction inside it.
  • the second passage defines a second reaction region (34) in which the reactants react.
  • One end of the second reaction tube (30) close to the second reactor inlet (16) defines the second tube inlet (31), and the other end of the second reaction tube (30) close to the second reactor outlet (18) defines the second tube outlet (32).
  • the reactant introduced into the interior of the reactor housing (11) through the second reactor inlet (16) is introduced into the second reaction tube (30) through the second tube inlet (31), passes through the second reaction region (34) defined by the second passage, is electrically heated, and a target reaction occurs.
  • the reactant reacted in the second reaction region (34) is discharged to the outside of the reactor housing (11) through the second tube outlet (32) and the second reactor outlet (18).
  • the first power source (40) is configured to supply power to the first reaction tube (20). That is, the first power source (40) is electrically connected to all the first reaction tubes (20) and can supply power of the same size to all the first reaction tubes (20).
  • the first power source (40) may be an AC power source or a DC power source.
  • the second power source (42) is configured to supply power to the second reaction tubes (30). That is, the second power source (42) is electrically connected to all the second reaction tubes (30) and can supply power of the same size to all the second reaction tubes (30).
  • the second power source (42) may be an AC power source or a DC power source.
  • the first power source (40) and the second power source (42) can be controlled independently.
  • the amount of power supplied by the second power source (42) to the second reaction tube (30) may be different from the amount of power supplied by the first power source (40) to the first reaction tube (20).
  • the temperature of the first reaction region (24) and the temperature of the second reaction region (34) may be controlled differently, and the reaction occurring in the first reaction region (24) and the reaction occurring in the second reaction region (34) may be different from each other.
  • Sockets are mounted on one end and the other end of the first reaction tube (20), and the first power source (40) can supply power to the first reaction tube (20) through the sockets.
  • sockets are mounted on one end and the other end of the second reaction tube (30), and the second power source (42) can supply power to the second reaction tube (30) through the sockets.
  • cooling devices are mounted on each of the sockets to cool the sockets.
  • the insulator (50) surrounds and thermally insulates at least a portion of the first and second reaction tubes (20, 30). As illustrated in FIG. 2, the insulator (50) may surround the entire first and second reaction tubes (20, 30), but is not limited thereto and may surround only a portion of the first and second reaction tubes (20, 30). Since the insulator (50) surrounds and thermally insulates the first and second reaction tubes (20, 30), energy efficiency can be improved by reducing unnecessary heat loss that is discharged to the outside of the first and second reaction tubes (20, 30), and the temperature inside the first and second reaction tubes (20, 30) can be efficiently and uniformly maintained.
  • the insulator (50) electrically blocks the first and second reaction tubes (20, 30) and the outside thereof, thereby preventing safety accidents that may occur due to current that may flow in the first and second reaction tubes (20, 30).
  • FIG. 3 illustrates one example of using an electric heating reactor according to an embodiment of the present invention.
  • the first reactant supply source (60) is configured to supply steam
  • the second reactant supply source (62) is configured to supply naphtha
  • the third reactant supply source (64) is configured to supply ethane.
  • FIG. 3 illustrates a case where the first reaction region (24) and the second reaction region (34) are controlled to the same temperature so that naphtha steam cracking occurs in both the first reaction region (24) and the second reaction region (34).
  • the electric heating reactor (10) further includes a first mixer (70) configured to receive first reactants from at least one of the first, second, and third reactant supply sources (60, 62, 64), mix them, and supply the mixed first reactants to a first reaction tube (20), and a second mixer (72) configured to receive second reactants from at least one of the first, second, and third reactant supply sources (60, 62, 64), mix them, and supply the mixed second reactants to a second reaction tube (30).
  • a first mixer (70) configured to receive first reactants from at least one of the first, second, and third reactant supply sources (60, 62, 64), mix them, and supply the mixed second reactants to a second reaction tube (30).
  • the first reactant supply source (60) is configured to constantly supply steam to both the first and second mixers (70, 72), the second reactant supply source (62) is configured to selectively supply naphtha to the first and second mixers (70, 72) under the control of a controller (not shown), and the third reactant supply source (64) is configured to selectively supply ethane to the first and second mixers (70, 72) under the control of a controller (not shown).
  • a controller not shown
  • the third reactant supply source (64) is configured to selectively supply ethane to the first and second mixers (70, 72) under the control of a controller (not shown).
  • the first reactant supply source (60) supplies steam to both the first and second mixers (70, 72)
  • the second reactant supply source (62) supplies naphtha to both the first and second mixers (70, 72)
  • the third reactant supply source (64) does not supply ethane to either the first or second mixers (70, 72).
  • the first mixer (70) receives steam from the first reactant supply source (60) and naphtha from the second reactant supply source (62), mixes the steam and naphtha, and supplies the mixed steam and naphtha to the first reaction tube (20).
  • the second mixer (72) also receives steam from the first reactant supply source (60) and naphtha from the second reactant supply source (62), mixes the steam and naphtha, and supplies the mixed steam and naphtha to the second reaction tube (30). That is, mixed steam and naphtha are supplied to the first reaction region (24) and the second reaction region (34).
  • the controller controls the first and second power sources (40, 42) to control the first and second reaction zones (24, 34) to the same temperature.
  • Mixed steam and naphtha are supplied to both the first and second reaction zones (24, 34), and the first and second reaction zones (24, 34) are controlled to the same temperature, so that naphtha steam cracking occurs in both the first and second reaction zones (24, 34).
  • Figure 4 illustrates another example using an electric heating reactor according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 illustrates a case where the first reaction zone (24) and the second reaction zone (34) are controlled to different temperatures, so that naphtha steam cracking occurs in the first reaction zone (24) and ethane steam cracking occurs in the second reaction zone (34).
  • the first reactant supply source (60) supplies steam to both the first and second mixers (70, 72), the second reactant supply source (62) supplies naphtha to the first mixer (70) but not to the second mixer (72), and the third reactant supply source (64) supplies ethane to the second mixer (72) but not to the first mixer (70).
  • the first mixer (70) receives steam from the first reactant supply source (60), receives naphtha from the second reactant supply source (62), mixes the steam and naphtha, and supplies the mixed steam and naphtha to the first reaction tube (20).
  • the second mixer (72) receives steam from the first reactant supply source (60), receives ethane from the third reactant supply source (64), mixes the steam and ethane, and supplies the mixed steam and ethane to the second reaction tube (30). That is, the mixed steam and naphtha are supplied to the first reaction region (24), and the mixed steam and ethane are supplied to the second reaction region (34).
  • the controller controls the first and second power sources (40, 42) to control the first and second reaction zones (24, 34) to different temperatures.
  • Mixed steam and naphtha are supplied to the first reaction zone (24), and mixed steam and ethane are supplied to the second reaction zone (34).
  • the first and second reaction zones (24, 34) are controlled to different temperatures, so that naphtha steam cracking occurs in the first reaction zone (24), and ethane steam cracking occurs in the second reaction zone (34).
  • FIGS. 3 and 4 illustrate a case where an electric heating reactor (10) according to an embodiment of the present invention is used for at least one of naphtha steam cracking and ethane steam cracking.
  • the electric heating reactor (10) may be used for a reaction in which the types of reactants supplied to the first and second reaction regions (24, 34) are similar and the reaction temperatures are similar. Examples of reactions that satisfy these conditions may include, but are not limited to, methane wet reforming, methane dry reforming, methane pyrolysis, etc.
  • first reaction region (24) and the second reaction region (34) can be connected to each other through a connecting passage (not shown) outside the reactor housing (11), so that the reactant can be preheated in one of the first and second reaction regions (24, 34), and the preheated reactant can be supplied to the other of the first and second reaction regions (24, 34), so that the main reaction can occur in the other of the first and second reaction regions (24, 34).
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and includes all changes that are recognized as equivalent and can be easily modified by a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains from the embodiments of the present invention.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Abstract

전기 가열 반응기가 개시된다. 전기 가열 반응기는 그 내부에 반응물이 지나가는 제1통로가 형성되어 상기 제1통로를 지나가는 반응물을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 제1반응 튜브; 그 내부에 반응물이 지나가는 제2통로가 형성되어 상기 제2통로를 지나가는 반응물을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 제2반응 튜브; 상기 적어도 하나의 제1반응 튜브에 전력을 공급하도록 구성된 제1전원; 그리고 상기 적어도 하나의 제2반응 튜브에 전력을 공급하도록 구성된 제2전원을 포함하고, 제1전원과 제2전원은 독립적으로 제어될 수 있다.

Description

전기 가열 반응기
관련 출원들과의 상호 인용
본 출원은 2023년 6월 12일자 한국 특허 출원 제10-2023-0074916호 및 2024년 6월 11일자 한국 특허 출원 제10-2024-0075968호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전기 가열 반응기에 관한 것으로, 반응기 하우징 내부를 다수의 반응 영역으로 구획하고, 전기 가열 기술을 활용해 각 반응 영역을 독립적으로 가열하는 전기 가열 반응기에 관한 것이다.
화학 산업에서는 천연가스를 연료로 하여 다양한 설비(예를 들어, 크랙커(cracker), 리포머(reformer), 반응기, 보일러 등)의 온도를 높게 유지하고 있다. 그러나, 천연가스의 연소에 의한 가열은 에너지 소비 측면에서 비효율적일 뿐 아니라 탄소 배출의 주범이 되고 있다. 따라서, 천연가스의 연소를 통한 가열 방식을 전기 가열 방식으로 대체하고자 하는 노력을 하고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 반응기 하우징 내부를 다수의 반응 영역으로 구획하고, 전기 가열 기술을 활용해 각 반응 영역을 독립적으로 가열하는 전기 가열 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 하나의 양상에 따른 전기 가열 반응기는 그 내부에 반응물이 지나가는 제1통로가 형성되어 상기 제1통로를 지나가는 반응물을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 제1반응 튜브; 그 내부에 반응물이 지나가는 제2통로가 형성되어 상기 제2통로를 지나가는 반응물을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 제2반응 튜브; 상기 적어도 하나의 제1반응 튜브에 전력을 공급하도록 구성된 제1전원; 그리고 상기 적어도 하나의 제2반응 튜브에 전력을 공급하도록 구성된 제2전원을 포함하고, 제1전원과 제2전원은 독립적으로 제어될 수 있다.
제1통로는 제1반응 영역을 정의하고, 제2통로는 제2반응 영역을 정의할 수 있다.
상기 전기 가열 반응기는 제1반응 영역에 반응물을 공급하도록 제1반응 영역에 연통되는 제1반응기 입구; 제1반응 영역으로부터 반응물을 배출하도록 제1반응 영역에 연통되는 제1반응기 출구; 제2반응 영역에 반응물을 공급하도록 제2반응 영역에 연통되는 제2반응기 입구; 그리고 제2반응 영역으로부터 반응물을 배출하도록 제2반응 영역에 연통되는 제2반응기 출구를 더 포함할 수 있다.
전기 가열 반응기 내에서 제1반응 영역과 제2반응 영역은 서로 연통되지 않을 수 있다.
하나의 예에서, 전기 가열 반응기는 제1종류의 반응물 공급원들로부터 제1종류의 반응물을 받아 혼합하고, 혼합된 제1종류의 반응물들을 제1반응 튜브에 공급하도록 구성된 제1믹서; 그리고 제1종류의 반응물 공급원들로부터 제1종류의 반응물을 받아 혼합하고, 혼합된 제1종류의 반응물들을 제2반응 튜브에 공급하도록 구성된 제2믹서를 더 포함할 수 있다.
상기 제1반응 영역과 제2반응 영역은 동일한 온도로 제어되고, 제1반응 영역과 제2반응 영역에는 제1, 2믹서로부터 각각 제1종류의 반응물들이 공급되어 동일한 반응이 일어날 수 있다.
다른 하나의 예에서, 전기 가열 반응기는 제1종류의 반응물 공급원들로부터 제1종류의 반응물을 받아 혼합하고, 혼합된 제1종류의 반응물들을 제1반응 튜브에 공급하도록 구성된 제1믹서; 그리고 제2종류의 반응물 공급원들로부터 제2종류의 반응물을 받아 혼합하고, 혼합된 제2종류의 반응물들을 제2반응 튜브에 공급하도록 구성된 제2믹서를 더 포함할 수 있다.
제1반응 영역과 제2반응 영역은 서로 다른 온도로 제어되고, 제1반응 영역에는 제1믹서로부터 제1종류의 반응물들이 공급되며 제2반응 영역에는 제2믹서로부터 제2종류의 반응물들이 공급되어 서로 다른 반응이 동시에 일어날 수 있다.
적어도 하나의 제1반응 튜브와 적어도 하나의 제2반응 튜브는 반응기 하우징 내에 길이 방향으로 배치되고, 반응기 하우징의 내부에는 격벽이 길이 방향으로 설치되어 반응기 하우징 내부의 공간을 제1, 2구역으로 물리적으로 구획하며, 적어도 하나의 제1반응 튜브는 제1구역에 배치되고, 적어도 하나의 제2반응 튜브는 제2구역에 배치될 수 있다.
전기 가열 반응기는 상기 제1, 2반응 튜브의 적어도 일부를 둘러싸서 열적으로 단열하는 인슐레이터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기 가열 기술을 활용해 반응기 내의 온도를 효율적이고 균일하게 유지할 수 있다.
또한, 반응기 하우징 내부를 다수의 반응 영역으로 구획하고, 각 반응 영역을 독립적으로 가열할 수 있다. 따라서, 하나의 전기 가열 반응기로 다양한 반응을 지원하여 다양한 제품을 제조할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
본 명세서의 실시예들은 유사한 참조 부호들이 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 요소를 지칭하는 첨부한 도면들과 연계한 이하의 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 반응기를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 반응기의 단면을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 반응기를 사용하는 하나의 예를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 반응기를 사용하는 다른 하나의 예를 도시한다.
위에서 참조된 도면들은 반드시 축척에 맞추어 도시된 것은 아니고, 본 개시의 기본 원리를 예시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 간략한 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 치수, 방향, 위치, 및 형상을 포함하는 본 개시의 특정 설계 특징들이 특정 의도된 응용과 사용 환경에 의해 일부 결정될 것이다.
여기에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. “포함하다” 및/또는 “포함하는”이라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 경우, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음을 또한 이해될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.
추가적으로, 아래의 방법들 또는 이들의 양상들 중 하나 이상은 적어도 하나 이상의 제어기에 의해 실행될 수 있음이 이해된다. “제어기”라는 용어는 메모리 및 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 지칭할 수 있다. 메모리는 프로그램 명령들을 저장하도록 구성되고, 프로세서는 아래에서 더욱 자세히 설명되는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위해 프로그램 명령들을 실행하도록 특별히 프로그래밍된다. 제어기는, 여기에서 기재된 바와 같이, 유닛들, 모듈들, 부품들, 장치들, 또는 이와 유사한 것의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 아래의 방법들은, 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 하나 이상의 다른 컴포넌트들과 함께 제어기를 포함하는 장치에 의해 실행될 수 있음이 이해된다.
또한, 본 개시의 제어기는 프로세서에 의해 실행되는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 비일시적인 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체로서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체들의 예들은 롬(ROM), 램(RAM), 컴팩트 디스크(CD) 롬, 자기 테이프들, 플로피 디스크들, 플래시 드라이브들, 스마트 카드들 및 광학 데이터 저장 장치들을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독가능 기록 매체는 또한 컴퓨터 네트워크 전반에 걸쳐 분산되어 프로그램 명령들이, 예를 들어, 텔레매틱스 서버(telematics server) 또는 제어기 영역 네트워크(Controller Area Network; CAN)와 같은 분산 방식으로 저장 및 실행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기 가열 반응기는 그 내부에 반응물이 지나가는 제1통로가 형성되어 상기 제1통로를 지나가는 반응물을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 제1반응 튜브와, 그 내부에 반응물이 지나가는 제2통로가 형성되어 상기 제2통로를 지나가는 반응물을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 제2반응 튜브와, 상기 적어도 하나의 제1반응 튜브에 전력을 공급하도록 구성된 제1전원과, 상기 적어도 하나의 제2반응 튜브에 전력을 공급하도록 구성된 제2전원을 포함한다. 이와 같이, 본 발명은 전기 가열 기술을 활용해 반응기 내의 온도를 효율적이고 균일하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 제1전원과 제2전원은 독립적으로 제어될 수 있다. 즉, 제1통로가 정의하는 제1반응 영역으로의 전력의 공급과, 제2통로가 정의하는 제2반응 영역으로의 전력의 공급이 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
또한, 제1반응 영역과 제2반응 영역은 서로 다른 온도로 제어될 수 있다. 만일 제1반응 영역과 제2반응 영역이 동일한 온도로 제어되면, 제1반응 영역과 제2반응 영역에 동일한 종류의 반응물을 공급하여 반응 영역을 확장할 수 있다. 이와는 달리, 만일 제1반응 영역과 제2반응 영역이 서로 다른 온도로 제어되면, 제1반응 영역에는 제1종류의 반응물을 공급하고 제2반응 영역에는 제2종류의 반응물을 공급하여 하나의 반응기 내에서 서로 다른 반응을 진행할 수 있다. 따라서, 하나의 전기 가열 반응기로 다양한 반응을 지원하여 다양한 제품을 제조할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 전기 가열 반응기는 제1종류의 반응물 공급원들로부터 제1종류의 반응물들을 받아 혼합하고 혼합된 제1종류의 반응물들을 제1반응 튜브에 공급하도록 구성된 제1믹서와, 제2종류의 반응물 공급원들로부터 제2종류의 반응물들을 받아 혼합하고 혼합된 제2종류의 반응물들을 제2반응 튜브에 공급하도록 구성된 제2믹서를 더 포함할 수 있다. 따라서, 제1반응 영역에서는 제1반응물들이 제1온도로 제어되고 제1반응이 일어나 제1제품이 생성되고, 제2반응 영역에서는 제2반응물들이 제2온도로 제어되고 제2반응이 일어나 제2제품이 생성될 수 있다.
상기 전기 가열 반응기는 상기 제1, 2반응 튜브를 둘러싸서 열적으로 단열하는 인슐레이터를 더 포함한다. 따라서, 전기 가열 반응기 외부로 버려지는 불필요한 열적 손실을 줄임으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 반응기를 도시한 개략적인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 반응기의 단면을 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 반응기(10)는 전력을 공급받아 발열하고, 발열을 이용하여 그 내부의 반응물을 가열하도록 구성된다. 상기 전기 가열 반응기(10)는 반응기 하우징(11)과, 적어도 하나의 제1반응 튜브(20)와, 적어도 하나의 제2반응 튜브(30)를 포함한다.
반응기 하우징(11)은 대체로 원통 형상으로 형성되며, 그 내부에는 격벽(19)이 길이 방향으로 설치되어 반응기 하우징(11) 내부의 공간을 두 개의 구역으로 물리적으로 구획한다. 따라서, 반응기 하우징(11) 내부에서 제1구역과 제2구역은 서로 연통되지 아니한다. 제1구역에는 적어도 하나의 제1반응 튜브(20)가 구비되고, 제2구역에는 적어도 하나의 제2반응 튜브(30)가 구비된다.
반응기 하우징(11)의 일측에는 제1구역에 연통된 제1반응기 입구(12)가 형성되고, 반응기 하우징(11)의 타측에는 제1구역에 연통된 제1반응기 출구(14)가 형성된다. 상기 제1반응기 입구(12)와 제1반응기 출구(14)는 제1반응 튜브(20)에 유체적으로 연통되어 제1반응기 입구(12)를 통해 반응기 하우징(11)의 제1구역 내부로 유입된 반응물은 제1반응 튜브(20)를 통과하며 전기적으로 가열되고, 이후 제1반응기 출구(14)를 통해 반응기 하우징(11)의 제1구역 밖으로 배출된다. 여기서, 반응물은 제1반응 튜브(20) 내에서 전기적으로 가열되며 목표하는 반응이 일어날 수 있으므로, 제1반응 튜브(20) 내의 영역을 제1반응 영역(24)으로 지칭할 것이다.
또한, 반응기 하우징(11)의 일측에는 제2구역에 연통된 제2반응기 입구(16)가 형성되고, 반응기 하우징(11)의 타측에는 제2구역에 연통된 제2반응기 출구(18)가 형성된다. 상기 제2반응기 입구(16)와 제2반응기 출구(18)는 제2반응 튜브(30)에 유체적으로 연통되어 제2반응기 입구(16)를 통해 반응기 하우징(11)의 제2구역 내부로 유입된 반응물은 제2반응 튜브(30)를 통과하며 전기적으로 가열되고, 이후 제2반응기 출구(18)를 통해 반응기 하우징(11)의 제2구역 밖으로 배출된다. 여기서, 반응물은 제2반응 튜브(30) 내에서 전기적으로 가열되며 목표하는 반응이 일어날 수 있으므로, 제2반응 튜브(30) 내의 영역을 제2반응 영역(34)으로 지칭할 것이다.
한편, 제1반응 영역(24)과 제2반응 영역(34)은 반응기 하우징(11)의 내부에서 서로 연통되지 않지만, 반응기 하우징(11)의 외부에서는 서로 연통될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1반응기 입구(12)를 통해 제1반응 영역(24)으로 유입된 반응물은 반응기 하우징(11)의 내부에서 제2반응 영역(34)으로 유입되지 못하고 제1반응기 출구(14)를 통해 반응기 하우징(11)의 외부로 배출된다. 유사하게, 제2반응기 입구(16)를 통해 제2반응 영역(34)으로 유입된 반응물은 반응기 하우징(11)의 내부에서 제1반응 영역(24)으로 유입되지 못하고 제2반응기 출구(18)를 통해 반응기 하우징(11)의 외부로 배출된다.
또한, 격벽(19), 반응기 하우징(11) 내부의 구역 및 반응 튜브의 유형의 개수는 각각 1개, 2개 및 2개에 한정되지 아니한다. 필요에 따라, 당업자는 격벽(19), 반응기 하우징(11) 내부의 구역 및 반응 튜브의 유형의 개수를 적절하게 설정할 수 있다.
제1반응 튜브(20)는 제1구역에 배치되고, 높은 비저항을 가지고 있는 금속 재질로 제작되며, 그 내부에 반응물이 지나가는 제1통로가 길이 방향으로 형성된다. 예를 들어, 제1반응 튜브(20)는 환형의 파이프 형상으로 형성되어 그 내부에 제1통로가 길이 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제1반응 튜브(20)에 전력이 인가되면 높은 비저항으로 인하여 제1반응 튜브(20)는 발열하고, 상기 열은 상기 제1통로에 있는 반응물을 가열할 수 있다. 따라서, 제1통로는 반응물의 반응이 일어나는 제1반응 영역(24)을 정의한다.
제1반응기 입구(12)에 가까운 제1반응 튜브(20)의 일단은 제1튜브 입구(21)를 정의하고, 제1반응기 출구(14)에 가까운 제1반응 튜브(20)의 타단은 제1튜브 출구(22)를 정의한다. 제1반응기 입구(12)를 통해 반응기 하우징(11)의 내부로 유입된 반응물은 제1튜브 입구(21)를 통해 제1반응 튜브(20) 내로 유입되고, 제1통로가 정의하는 제1반응 영역(24)을 지나가며 전기적으로 가열되어 목표하는 반응이 일어난다. 제1반응 영역(24)에서 반응한 반응물은 제1튜브 출구(22)와 제1반응기 출구(14)를 통해 반응기 하우징(11)의 외부로 배출된다.
제2반응 튜브(30)는 제2구역에 배치되고, 높은 비저항을 가지고 있는 금속 재질로 제작되며, 그 내부에 반응물이 지나가는 제2통로가 길이 방향으로 형성된다. 예를 들어, 제2반응 튜브(30)는 환형의 파이프 형상으로 형성되어 그 내부에 제2통로가 길이 방향으로 형성될 수 있다. 상기 제2반응 튜브(30)에 전력이 인가되면 높은 비저항으로 인하여 제2반응 튜브(30)는 발열하고, 상기 열은 상기 제2통로에 있는 반응물을 가열할 수 있다. 따라서, 제2통로는 반응물의 반응이 일어나는 제2반응 영역(34)을 정의한다.
제2반응기 입구(16)에 가까운 제2반응 튜브(30)의 일단은 제2튜브 입구(31)를 정의하고, 제2반응기 출구(18)에 가까운 제2반응 튜브(30)의 타단은 제2튜브 출구(32)를 정의한다. 제2반응기 입구(16)를 통해 반응기 하우징(11)의 내부로 유입된 반응물은 제2튜브 입구(31)를 통해 제2반응 튜브(30) 내로 유입되고, 제2통로가 정의하는 제2반응 영역(34)을 지나가며 전기적으로 가열되어 목표하는 반응이 일어난다. 제2반응 영역(34)에서 반응한 반응물은 제2튜브 출구(32)와 제2반응기 출구(18)를 통해 반응기 하우징(11)의 외부로 배출된다.
제1전원(40)은 상기 제1반응 튜브(20)에 전력을 공급하도록 구성된다. 즉, 제1전원(40)은 모든 제1반응 튜브(20)에 전기적으로 연결되어 모든 제1반응 튜브(20)에 동일한 크기의 전력을 공급할 수 있다. 상기 제1전원(40)은 교류 전원 또는 직류 전원일 수 있다.
제2전원(42)은 상기 제2반응 튜브(30)에 전력을 공급하도록 구성된다. 즉, 제2전원(42)은 모든 제2반응 튜브(30)에 전기적으로 연결되어 모든 제2반응 튜브(30)에 동일한 크기의 전력을 공급할 수 있다. 상기 제2전원(42)은 교류 전원 또는 직류 전원일 수 있다.
상기 제1전원(40)과 제2전원(42)은 독립적으로 제어될 수 있다. 특히, 제2전원(42)이 제2반응 튜브(30)에 공급하는 전력의 크기는 제1전원(40)이 제1반응 튜브(20)에 공급하는 전력의 크기와 다를 수 있다. 이에 따라, 제1반응 영역(24)의 온도와 제2반응 영역(34)의 온도가 서로 다르게 제어될 수 있고, 제1반응 영역(24)에서 일어나는 반응과 제2반응 영역(34)에서 일어나는 반응이 서로 다를 수 있다.
제1반응 튜브(20)의 일단과 타단에는 소켓(도시하지 않음)이 장착되어 제1전원(40)은 상기 소켓을 통해 제1반응 튜브(20)에 전력을 공급할 수 있다. 유사하게, 제2반응 튜브(30)의 일단과 타단에도 소켓(도시하지 않음)이 장착되어 제2전원(42)은 상기 소켓을 통해 제2반응 튜브(30)에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 상기 소켓들에는 각각 냉각 장치가 장착되어 상기 소켓을 냉각할 수 있다.
인슐레이터(50)는 상기 제1, 2반응 튜브(20, 30)의 적어도 일부를 둘러싸서 열적으로 단열한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 인슐레이터(50)는 제1, 2반응 튜브(20, 30) 전체를 감쌀 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고 제1, 2반응 튜브(20, 30)의 일부만을 감쌀 수도 있다. 인슐레이터(50)가 제1, 2반응 튜브(20, 30)를 감싸 열적으로 단열하므로 제1, 2반응 튜브(20, 30) 외부로 버려지는 불필요한 열적 손실을 줄임으로써 에너지 효율이 향상될 수 있고, 제1, 2반응 튜브(20, 30) 내의 온도를 효율적으로 균일하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 인슐레이터(50)는 제1, 2반응 튜브(20, 30)와 그 외부를 전기적으로도 차단하여 제1, 2반응 튜브(20, 30)에 흐를 수 있는 전류에 의하여 발생할 수 있는 안전 사고를 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 반응기를 사용하는 하나의 예를 도시한다. 하나의 예에서, 이에 한정되지 아니하지만, 제1반응물 공급원(60)은 스팀(steam)을 공급하도록 구성되고, 제2반응물 공급원(62)은 나프타(Naphtha)를 공급하도록 구성되며, 제3반응물 공급원(64)은 에탄(Ethane)을 공급하도록 구성된다. 도 3은 제1반응 영역(24)과 제2반응 영역(34)이 동일한 온도로 제어되어 제1반응 영역(24)과 제2반응 영역(34)에서 모두 나프타 스팀 크랙킹(Naphtha steam cracking)이 일어나는 경우를 예시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전기 가열 반응기(10)는 제1, 2, 3반응물 공급원(60, 62, 64) 중 적어도 하나로부터 제1반응물들을 받아 혼합하고 혼합된 제1반응물들을 제1반응 튜브(20)에 공급하도록 구성된 제1믹서(70)와, 제1, 2, 3반응물 공급원(60, 62, 64) 중 적어도 하나로부터 제2반응물들을 받아 혼합하고 혼합된 제2반응물들을 제2반응 튜브(30)에 공급하도록 구성된 제2믹서(72)를 더 포함한다.
제1반응물 공급원(60)은 스팀을 제1, 2믹서(70, 72) 모두에 스팀을 항시 공급하도록 구성되고, 제2반응물 공급원(62)은 제어기(도시하지 않음)의 제어에 의하여 나프타를 제1, 2믹서(70, 72)에 선택적으로 공급하도록 구성되며, 제3반응물 공급원(64)은 제어기(도시하지 않음)의 제어에 의하여 에탄을 제1, 2믹서(70, 72)에 선택적으로 공급하도록 구성한다. 도 3에 도시된 예에서는, 제1반응물 공급원(60)은 스팀을 제1, 2믹서(70, 72) 모두에 공급하고, 제2반응물 공급원(62)은 나프타를 제1, 2믹서(70, 72) 모두에 공급하며, 제3반응물 공급원(64)은 에탄을 제1, 2믹서(70, 72) 어느 것에도 공급하지 않는다.
제1믹서(70)는 제1반응물 공급원(60)으로부터 스팀을 공급받고 제2반응물 공급원(62)으로부터 나프타를 공급받아 스팀과 나프타를 혼합하고, 혼합된 스팀과 나프타를 제1반응 튜브(20)에 공급한다. 제2믹서(72)도 제1반응물 공급원(60)으로부터 스팀을 공급받고 제2반응물 공급원(62)으로부터 나프타를 공급받아 스팀과 나프타를 혼합하고, 혼합된 스팀과 나프타를 제2반응 튜브(30)에 공급한다. 즉, 제1반응 영역(24)과 제2반응 영역(34)에 혼합된 스팀과 나프타가 공급된다.
제어기는 제1, 2전원(40, 42)을 제어하여 제1, 2반응 영역(24, 34)을 동일한 온도로 제어한다. 제1, 2반응 영역(24, 34) 모두에 혼합된 스팀과 나프타가 공급되고 제1, 2반응 영역(24, 34)이 동일한 온도로 제어되어 제1, 2반응 영역(24, 34) 모두에서 나프타 스팀 크랙킹(Naphtha steam cracking)이 일어난다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 반응기를 사용하는 다른 하나의 예를 도시한다. 도 4는 제1반응 영역(24)과 제2반응 영역(34)이 서로 다른 온도로 제어되어 제1반응 영역(24)에서는 나프타 스팀 크랙킹(Naphtha steam cracking)이 일어나고 제2반응 영역(34)에서는 에탄 스팀 크랙킹(Ethane steam cracking)이 일어나는 경우를 예시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1반응물 공급원(60)은 스팀을 제1, 2믹서(70, 72) 모두에 공급하고, 제2반응물 공급원(62)은 나프타를 제1믹서(70)에 공급하는 반면 제2믹서(72)에는 공급하지 않으며, 제3반응물 공급원(64)은 에탄을 제1믹서(70)에 공급하지 않는 반면 제2믹서(72)에 공급한다.
제1믹서(70)는 제1반응물 공급원(60)으로부터 스팀을 공급받고 제2반응물 공급원(62)으로부터 나프타를 공급받아 스팀과 나프타를 혼합하고, 혼합된 스팀과 나프타를 제1반응 튜브(20)에 공급한다. 제2믹서(72)는 제1반응물 공급원(60)으로부터 스팀을 공급받고 제3반응물 공급원(64)으로부터 에탄을 공급받아 스팀과 에탄을 혼합하고, 혼합된 스팀과 에탄을 제2반응 튜브(30)에 공급한다. 즉, 제1반응 영역(24)에는 혼합된 스팀과 나프타가 공급되고 제2반응 영역(34)에는 혼합된 스팀과 에탄이 공급된다.
제어기는 제1, 2전원(40, 42)을 제어하여 제1, 2반응 영역(24, 34)을 서로 다른 온도로 제어한다. 제1반응 영역(24)에는 혼합된 스팀과 나프타가 공급되고 제2반응 영역(34)에는 혼합된 스팀과 에탄이 공급되며 제1, 2반응 영역(24, 34)이 서로 다른 온도로 제어되어 제1반응 영역(24)에서는 나프타 스팀 크랙킹(Naphtha steam cracking)이 일어나고, 제2반응 영역(34)에서는 에탄 스팀 크랙킹(Ethane steam cracking)이 일어난다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 반응기(10)를 나프타 스팀 크랙킹(Naphtha steam cracking)과 에탄 스팀 크랙킹(Ethane steam cracking) 중 적어도 하나에 사용하는 경우를 예시하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 전기 가열 반응기(10)의 사용예는 도 3 및 도 4의 예에 한정되지 아니한다. 하나의 예에서, 제1, 2반응 영역(24, 34)에 공급되는 반응물의 종류가 유사하고, 반응 온도가 유사한 반응에 상기 전기 가열 반응기(10)가 사용될 수 있다. 이러한 조건을 충족하는 반응들의 예로는, 이에 한정되지 아니하지만, 메탄 습식 개질, 메탄 건식 개질, 메탄 열분해 등이 있을 수 있다. 다른 하나의 예에서, 제1반응 영역(24)과 제2반응 영역(34)을 반응기 하우징(11)의 외부에서 연결 통로(도시하지 않음)로 연결하여 제1, 2반응 영역(24, 34) 중 하나에서 반응물을 예열하고, 예열된 반응물을 제1, 2반응 영역(24, 34) 중 다른 하나에 공급하여 제1, 2반응 영역(24, 34) 중 다른 하나에서 주 반응이 일어나도록 할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (10)

  1. 그 내부에 반응물이 지나가는 제1통로가 형성되어 상기 제1통로를 지나가는 반응물을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 제1반응 튜브;
    그 내부에 반응물이 지나가는 제2통로가 형성되어 상기 제2통로를 지나가는 반응물을 가열하도록 구성된 적어도 하나의 제2반응 튜브;
    상기 적어도 하나의 제1반응 튜브에 전력을 공급하도록 구성된 제1전원; 그리고
    상기 적어도 하나의 제2반응 튜브에 전력을 공급하도록 구성된 제2전원;
    을 포함하는 전기 가열 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    제1전원과 제2전원은 독립적으로 제어되는 전기 가열 반응기.
  3. 제1항에 있어서,
    제1통로는 제1반응 영역을 정의하고, 제2통로는 제2반응 영역을 정의하며,
    상기 전기 가열 반응기는
    제1반응 영역에 반응물을 공급하도록 제1반응 영역에 연통되는 제1반응기 입구;
    제1반응 영역으로부터 반응물을 배출하도록 제1반응 영역에 연통되는 제1반응기 출구;
    제2반응 영역에 반응물을 공급하도록 제2반응 영역에 연통되는 제2반응기 입구; 그리고
    제2반응 영역으로부터 반응물을 배출하도록 제2반응 영역에 연통되는 제2반응기 출구;
    를 더 포함하는 전기 가열 반응기.
  4. 제3항에 있어서,
    전기 가열 반응기 내에서 제1반응 영역과 제2반응 영역은 서로 연통되지 않는 전기 가열 반응기.
  5. 제3항에 있어서,
    제1종류의 반응물 공급원들로부터 제1종류의 반응물을 받아 혼합하고, 혼합된 제1종류의 반응물들을 제1반응 튜브에 공급하도록 구성된 제1믹서; 그리고
    제1종류의 반응물 공급원들로부터 제1종류의 반응물을 받아 혼합하고, 혼합된 제1종류의 반응물들을 제2반응 튜브에 공급하도록 구성된 제2믹서;
    를 더 포함하는 전기 가열 반응기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1반응 영역과 제2반응 영역은 동일한 온도로 제어되고,
    제1반응 영역과 제2반응 영역에는 제1, 2믹서로부터 각각 제1종류의 반응물들이 공급되어 동일한 반응이 일어나는 전기 가열 반응기.
  7. 제3항에 있어서,
    제1종류의 반응물 공급원들로부터 제1종류의 반응물을 받아 혼합하고, 혼합된 제1종류의 반응물들을 제1반응 튜브에 공급하도록 구성된 제1믹서; 그리고
    제2종류의 반응물 공급원들로부터 제2종류의 반응물을 받아 혼합하고, 혼합된 제2종류의 반응물들을 제2반응 튜브에 공급하도록 구성된 제2믹서;
    를 더 포함하는 전기 가열 반응기.
  8. 제7항에 있어서,
    제1반응 영역과 제2반응 영역은 서로 다른 온도로 제어되고,
    제1반응 영역에는 제1믹서로부터 제1종류의 반응물들이 공급되며 제2반응 영역에는 제2믹서로부터 제2종류의 반응물들이 공급되어 서로 다른 반응이 동시에 일어나는 전기 가열 반응기.
  9. 제3항에 있어서,
    적어도 하나의 제1반응 튜브와 적어도 하나의 제2반응 튜브는 반응기 하우징 내에 길이 방향으로 배치되고,
    반응기 하우징의 내부에는 격벽이 길이 방향으로 설치되어 반응기 하우징 내부의 공간을 제1, 2구역으로 물리적으로 구획하며,
    적어도 하나의 제1반응 튜브는 제1구역에 배치되고, 적어도 하나의 제2반응 튜브는 제2구역에 배치되는 전기 가열 반응기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2반응 튜브의 적어도 일부를 둘러싸서 열적으로 단열하는 인슐레이터를 더 포함하는 전기 가열 반응기.
PCT/KR2024/008085 2023-06-12 2024-06-12 전기 가열 반응기 Pending WO2024258191A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP24823708.3A EP4588559A1 (en) 2023-06-12 2024-06-12 Electric heating reactor
CN202480004241.5A CN119998036A (zh) 2023-06-12 2024-06-12 电加热反应器
JP2025519871A JP2025535070A (ja) 2023-06-12 2024-06-12 電気加熱反応器

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20230074916 2023-06-12
KR10-2023-0074916 2023-06-12
KR1020240075968A KR20240175326A (ko) 2023-06-12 2024-06-11 전기 가열 반응기
KR10-2024-0075968 2024-06-11

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024258191A1 true WO2024258191A1 (ko) 2024-12-19

Family

ID=93852385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2024/008085 Pending WO2024258191A1 (ko) 2023-06-12 2024-06-12 전기 가열 반응기

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4588559A1 (ko)
JP (1) JP2025535070A (ko)
CN (1) CN119998036A (ko)
WO (1) WO2024258191A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4233494A (en) * 1977-07-15 1980-11-11 Linde Aktiengesellschaft Throughflow electric heater for fluids such as air
KR20130047683A (ko) * 2010-05-11 2013-05-08 아틀라스 캅코 에어파워, 남로체 벤누트삽 기체 압축 건조 장치
KR20140024823A (ko) * 2012-08-21 2014-03-03 토쿠덴 가부시기가이샤 유체가열장치
US20180098385A1 (en) * 2014-02-25 2018-04-05 Sandvik Materials Technology Deutschland Gmbh Heating element and process heater
KR20210042970A (ko) * 2018-08-16 2021-04-20 바스프 에스이 파이프라인에서 유체를 가열하기 위한 디바이스 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4233494A (en) * 1977-07-15 1980-11-11 Linde Aktiengesellschaft Throughflow electric heater for fluids such as air
KR20130047683A (ko) * 2010-05-11 2013-05-08 아틀라스 캅코 에어파워, 남로체 벤누트삽 기체 압축 건조 장치
KR20140024823A (ko) * 2012-08-21 2014-03-03 토쿠덴 가부시기가이샤 유체가열장치
US20180098385A1 (en) * 2014-02-25 2018-04-05 Sandvik Materials Technology Deutschland Gmbh Heating element and process heater
KR20210042970A (ko) * 2018-08-16 2021-04-20 바스프 에스이 파이프라인에서 유체를 가열하기 위한 디바이스 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP4588559A1 (en) 2025-07-23
CN119998036A (zh) 2025-05-13
JP2025535070A (ja) 2025-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1109242A2 (en) Integrated manifold-reformer arrangement for fuel cells
WO2018217005A1 (ko) 연료전지 시스템
US4740357A (en) Radiation shield for reformer apparatus
WO2018164418A1 (ko) 배기가스를 이용하는 수소 개질기
KR20190124598A (ko) 연료전지 시스템
WO2025018856A1 (ko) 고효율 모듈형 연료전지 시스템
WO2024258191A1 (ko) 전기 가열 반응기
KR102092983B1 (ko) 고온에서 화학 해리 반응을 수행하는 기기 및 장치
TW590792B (en) Reaction device with a heat-exchanger
WO2024258109A1 (ko) 전기 가열 반응기
KR20240175326A (ko) 전기 가열 반응기
WO2019066207A1 (ko) 이중 구조의 연료전지 박스 및 이를 이용한 연료전지 시스템
WO2025263904A1 (ko) 연료전지용 믹서 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
WO2025144002A1 (ko) 전기 가열 반응기
WO2025249909A1 (ko) 전기 가열 반응기
WO2025188065A1 (ko) 전기 가열 반응기
WO2024237654A1 (ko) 전기 가열 반응기
WO2025188155A1 (ko) 전기 가열 반응기
JP2025540703A (ja) 炉
CN118176058A (zh) 用于等离子体催化化学转化的等温反应器
WO2026029479A1 (ko) 전기 가열 반응기
WO2025095556A1 (ko) 진공 응축 건조기
WO2025154967A1 (ko) 전기 가열 반응기
RU2121191C1 (ru) Электрохимический генератор
WO2023219471A1 (ko) 유체 가열 장치

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24823708

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202480004241.5

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2025519871

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2025519871

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2024823708

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2024823708

Country of ref document: EP

Effective date: 20250417

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 202480004241.5

Country of ref document: CN

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2024823708

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE