本發(fā)明涉及一種用于進行化學(xué)反應(yīng)的方法，以及一種根據(jù)獨立權(quán)利要求的前序所述的相應(yīng)的反應(yīng)器設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、在化學(xué)工業(yè)的許多工藝中，使用到反應(yīng)器，其中，一種或多種反應(yīng)物通過加熱的反應(yīng)管，在反應(yīng)管內(nèi)反應(yīng)物進行催化反應(yīng)或非催化反應(yīng)。加熱特別用于克服發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需的活化能，并且在吸熱反應(yīng)的情況下，用于提供化學(xué)反應(yīng)所需的能量。該反應(yīng)可以整體以吸熱的方式進行，或者在克服活化能之后以放熱的方式進行。本發(fā)明特別涉及強吸熱反應(yīng)，如下面進一步討論的。

2、這類工藝的例子包括蒸汽裂解、各種重整工藝，特別是蒸汽重整、干重整(二氧化碳重整)、混合重整工藝、烷烴脫氫工藝等等。在蒸汽裂解中，反應(yīng)管以盤管的形式穿過反應(yīng)器，反應(yīng)管在反應(yīng)器內(nèi)至少有一個反向彎曲，而在蒸汽重整中，通常使用沒有反向彎曲地穿過反應(yīng)器的管。本發(fā)明也可以與所謂的“毫秒”或“單程”反應(yīng)器結(jié)合使用，這類反應(yīng)器的特點是極短的停留時間。

3、本發(fā)明的其它應(yīng)用是用于進行二氧化碳和氫氣的逆水煤氣變換(rwgs)反應(yīng)以生成一氧化碳和水、含氧化合物的脫氫例如甲醇生成甲醛和氫氣的反應(yīng)、氨的分解以生成氣態(tài)氮和氫氣、本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所謂的液態(tài)有機氫載體(lohc)的脫氫，以及甲醇和甘油的重整的反應(yīng)器(只要上述使用的術(shù)語“重整”一詞尚未包括)。

4、本發(fā)明適用于所有此類工藝以及反應(yīng)管的實施方案。僅作為示例，可以參考《烏爾曼工業(yè)化學(xué)百科全書》中“乙烯”“氣體生產(chǎn)”和“丙烯”相關(guān)文章，例如2009年4月15日出版的，數(shù)字對象標(biāo)識符(doi)為10.1002/14356007.a10_045.pub2，2006年12月15日出版的，doi為10.1002/14356007.a12_169.pub2，以及2000年6月15日出版的，doi為10.1002/14356007.a22_211。

5、相應(yīng)的反應(yīng)器的反應(yīng)管通常通過使用燃燒器來加熱。為此，反應(yīng)管穿過也布置有燃燒器的燃燒室。

6、然而，目前，對合成產(chǎn)品如烯烴的需求不斷增加，而且對合成氣和氫氣的需求也在增加，并且要求生產(chǎn)這些產(chǎn)品時本地二氧化碳排放量為零或減少。由于通常使用化石燃料，使用燃燒式反應(yīng)器的工藝無法滿足這一需求。例如，其他工藝由于成本高而實際上被排除。

7、因此，提議用電加熱裝置來輔助或替代相應(yīng)反應(yīng)器中的燃燒器。除了直接電加熱(例如在已知的星形(中性點接地)電路中，將電流施加到反應(yīng)管本身)以及其他在此不詳細說明的加熱類型之外，還存在特別是所謂的間接電加熱的方案。該方案也用于本發(fā)明的范圍內(nèi)。無論具體的加熱類型以及在工藝中實施的加熱方案如何，適當(dāng)加熱的反應(yīng)器也被稱為“爐”。

8、如wo?2020/002326?a1中所說明的，這種間接電加熱可以使用適用于加熱到上述反應(yīng)所需的高溫的電操作的輻射加熱元件(“輻射加熱器”)來進行。這種加熱元件以加熱元件不與反應(yīng)管直接接觸的方式被布置在爐內(nèi)。熱量傳遞主要或完全以輻射熱的形式進行。因此，術(shù)語“間接加熱”、“通過輻射熱加熱”等在下文中同義地使用。下面說明相應(yīng)加熱元件的特性。

9、下面討論現(xiàn)有技術(shù)文獻的一些其它示例，但并不承認(rèn)這些文獻以任何方式預(yù)見到、暗示或以其他方式涉及本發(fā)明及其以下實施例的各個方面。

10、根據(jù)wo?2019/133215?a1，提供了使用從緊湊的隔熱表皮熱電偶套管獲取的溫度測量值來優(yōu)化熱解反應(yīng)的方法和系統(tǒng)。在該文獻所公開的系統(tǒng)和方法中，通過平行管組件的入口歧管中的絕熱限制，測量熱解反應(yīng)器的上游溫度和上游壓力，以提供絕對上游溫度和上游壓力。還在絕熱限制之后測量熱解反應(yīng)器的下游溫度，以提供絕對下游溫度。然后，通過絕對上游壓力乘以下游溫度除以上游溫度的商的(k/k-1)的次方來確定下游壓力，其中k是流體的定壓比熱(cp)與定容比熱(cv)之比。

11、在us2019/002389?a1中，公開了一種連續(xù)制備烯屬不飽和羧酸叔丁酯的工藝，該工藝通過以下步驟進行：a)在酸性催化劑存在下，使烯屬不飽和羧酸與異丁烯反應(yīng)，得到酯化混合物；b)除去酸性催化劑；c)除去低沸點組分；以及d)將含有叔丁酯的液體供應(yīng)到蒸餾裝置，并在蒸餾裝置中對液體進行純化蒸餾。其中，d1)在蒸餾裝置中，將含有叔丁酯的液體分離為含有叔丁酯的氣態(tài)塔頂產(chǎn)物和含有羧酸的液態(tài)塔底產(chǎn)物；d2)將含有叔丁酯的氣態(tài)塔頂產(chǎn)物至少部分地冷凝，并將部分冷凝物作為回流再循環(huán)到蒸餾裝置；d3)將含有羧酸的液態(tài)塔底產(chǎn)物至少部分地再循環(huán)至步驟a)；d4)將含有羧酸的液態(tài)塔底產(chǎn)物取出并送入加熱器，從加熱器種取出過熱的液態(tài)再循環(huán)流，并將過熱的再循環(huán)流向下排放到蒸餾裝置中；以及d5)至少在蒸餾裝置的頂部區(qū)域種，對至少在子區(qū)域內(nèi)與蒸氣接觸的蒸餾裝置壁進行加熱和/或隔熱。在該工藝過程中，叔丁酯與未反應(yīng)的羧酸的分離是在叔丁酯和羧酸兩者的伴隨聚合特別低的水平下進行的。

12、根據(jù)ep?1?273?552?a2，提供了一種制氫裝置，用于將至少一種類型的材料與空氣、氧氣或氧化劑一起供應(yīng)到反應(yīng)部分，以通過特定的化學(xué)反應(yīng)來制氫。其中，對于至少一種類型的材料，通過從預(yù)先確定的與所需的氫氣產(chǎn)量體積相對應(yīng)的兩個或更多個設(shè)定值中選擇一個來設(shè)定每種材料的供應(yīng)量，并且對于空氣、氧氣或氧化劑，改變并控制空氣、氧氣或氧化劑的供應(yīng)量，使得反應(yīng)部分的溫度在預(yù)設(shè)溫度范圍內(nèi)。

13、ep?4?056?892?a1公開了一種使用蒸汽裂解系統(tǒng)的蒸汽裂解方法，蒸汽裂解系統(tǒng)包括一個第一蒸汽裂解爐單元或多個第一蒸汽裂解爐單元以及一個第二蒸汽裂解爐單元或多個第二蒸汽裂解爐單元。其中，第一蒸汽裂解爐單元或多個第一蒸汽裂解爐單元中的每一個包括一個或多個燃燒式蒸汽裂解爐，第二蒸汽裂解爐單元或多個第二蒸汽裂解爐單元中的每一個包括一個或多個電蒸汽裂解爐，并且第一蒸汽裂解爐單元或多個第一蒸汽裂解爐單元中的每一個包括用于將供應(yīng)到其燃燒式蒸汽裂解爐的至少一部分燃燒空氣預(yù)熱到至少100℃溫度水平的裝置。

14、ep?3?862?076?a1涉及一種用于進行化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有反應(yīng)器容器和一個或多個反應(yīng)管。其中，一個或多個反應(yīng)管的若干管段分別在反應(yīng)器容器內(nèi)的第一區(qū)域和第二區(qū)域之間延伸，并且其中，為了加熱這些管段，在第一區(qū)域內(nèi)，每個管段可以分別與多相交流電源的相端子電連接。根據(jù)該文獻，這些管段在第二區(qū)域內(nèi)整體上通過單個剛性連接元件或成組地通過多個剛性連接元件以導(dǎo)電方式相互連接，這些連接元件一體地連接到單個或多個反應(yīng)管，并被布置在反應(yīng)器容器內(nèi)。

15、wo?2020/002326?a1涉及一種反應(yīng)器配置，包括至少一個電加熱爐，該加熱爐限定了一個空間，至少一個反應(yīng)管放置在爐空間內(nèi)，并且所述反應(yīng)管在反應(yīng)器爐外部有一個出口和一個入口。并且，所述爐還設(shè)置有——至少一個適用于加熱到400至1400℃范圍內(nèi)的高溫的電輻射加熱元件，所述加熱元件位于所述爐內(nèi)，使得加熱元件不與至少一個反應(yīng)器管直接接觸；以及——爐壁中的多個檢查口，以便在運行期間能夠從反應(yīng)器管的每個相對側(cè)上目視檢查至少一個反應(yīng)器管的狀況，檢查口的總數(shù)足以檢查爐內(nèi)所有反應(yīng)器管的全長和周長，并且其中，爐的加熱負荷為至少3mw。被電加熱的工藝需要熱流量和溫度分布。在許多應(yīng)用中，當(dāng)工藝進入爐內(nèi)時熱流量較大，而具有較低的溫度。在接近出口時，熱流量較低，而具有較高的溫度。本發(fā)明能夠滿足這一要求。該反應(yīng)器用于許多工業(yè)規(guī)模的高溫氣體轉(zhuǎn)化和加熱技術(shù)。

16、us2020/299131?a1公開了液態(tài)燃料催化部分氧化(cpox)重整器和燃料電池系統(tǒng)，可以包括多個或一組間隔開的cpox反應(yīng)器單元，每個反應(yīng)器單元包括一個細長管，該管具有帶有內(nèi)表面和外表面的透氣壁。該壁包圍著暢通的氣流通道。壁的至少一部分設(shè)置有cpox催化劑，和/或由cpox催化劑構(gòu)成壁的結(jié)構(gòu)。含催化劑的壁的結(jié)構(gòu)以及由該壁包圍的開放的氣流通道限定了氣相cpox反應(yīng)區(qū)，含催化劑的壁的部分是透氣的，以允許氣態(tài)cpox反應(yīng)混合物能夠擴散進入壁中，并且允許富氫產(chǎn)品重整物從壁中擴散出來。液態(tài)燃料cpox重整器還可以包括蒸發(fā)器、一個或多個點火器以及液態(tài)可重整燃料源。富氫重整物可以在與cpox反應(yīng)器單元集成的燃料電池單元內(nèi)轉(zhuǎn)化為電能。

17、本發(fā)明的目的在于提供一些措施，這些措施能使上述所說明類型的、使用合適的加熱元件進行間接電加熱的反應(yīng)器得以有利地運行。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、在此背景下，本發(fā)明提出了一種用于進行包括獨立權(quán)利要求的特征的化學(xué)反應(yīng)的方法和相應(yīng)的反應(yīng)器設(shè)備。本發(fā)明的實施方案是從屬權(quán)利要求和以下描述的主題。

2、本發(fā)明涉及一種用于進行化學(xué)反應(yīng)的方法，其中使用反應(yīng)器設(shè)備，該設(shè)備中設(shè)置有布置在反應(yīng)器容器內(nèi)的反應(yīng)管。在一種或多種第一操作模式期間，將一種或多種反應(yīng)物以第一質(zhì)量流量供應(yīng)到(并通過)反應(yīng)管，并且在一種或多種第二操作模式期間，不將這些反應(yīng)物供應(yīng)到(并通過)反應(yīng)管，或者在這些一種或多種第二操作模式期間，將這些反應(yīng)物以第二質(zhì)量流量供應(yīng)(并通過)反應(yīng)管，至少在時間平均的基礎(chǔ)上，第二質(zhì)量流量低于第一質(zhì)量流量。“時間平均的基礎(chǔ)”意味著流量可以在特定時間段內(nèi)波動，但該時間段內(nèi)的平均流量特征為在第二操作模式下更低。時間的基礎(chǔ)可以是多種第二操作模式中的一種或每一種，特別是與多種第一操作模式中的一種或每一種，或與對應(yīng)的時間平均的基礎(chǔ)相比。與第一操作模式相比，在一種或多種第二操作模式中還可以使用其他反應(yīng)物，例如除焦模式中的空氣。不同第二操作模式之間也可以使用不同反應(yīng)物。

3、在此方面，一種或多種第一操作模式可以對應(yīng)于下文更詳細說明的一個或多個反應(yīng)時間段，或在一個或多個反應(yīng)時間段內(nèi)執(zhí)行。一種或多種第二操作模式可以對應(yīng)于下文也討論的一個或多個加熱、冷卻、負荷變化、除焦或待機(standby)時間段，或在一個或多個加熱、冷卻、負荷變化、除焦或待機時間段內(nèi)執(zhí)行。

4、本發(fā)明在能夠處理(劇烈)負荷變化方面是特別有利的。此類負荷變化可以發(fā)生在第一操作模式與第二操作模式之間，或不同的第二操作模式之間，如前述的術(shù)語“負荷變化期”。特別地，與加熱元件的不同功率輸出相關(guān)的負荷變化會對加熱元件造成特別高的負荷。本發(fā)明解決了該問題，如后文進一步說明。

5、根據(jù)本發(fā)明，在一種或多種第一操作模式期間，通過設(shè)置在反應(yīng)器容器內(nèi)的一個或多個電加熱元件提供輻射熱，將輻射熱以第一熱流量供應(yīng)到反應(yīng)管，并且在一種或多種第二操作模式期間，不將輻射熱供應(yīng)到反應(yīng)管，或在一種或多種第二操作模式期間，將輻射熱以第二熱流量供應(yīng)到反應(yīng)管，至少在時間平均的基礎(chǔ)上，第二熱流量低于第一操作模式的。關(guān)于“時間平均”的含義，參考上文說明。與上述相同，對應(yīng)時間可以是執(zhí)行一種或多種第二操作模式的一個或多個時間段，特別是與執(zhí)行一種或多種第一操作模式的一個或多個時間段相比，或再次對應(yīng)時間平均。如后文所述，由此可以將反應(yīng)管保持在不同溫度范圍內(nèi)的溫度。特別地，第一熱流量可以通過以恒定或基本恒定的功率輸入或電流運行一個或多個加熱元件來提供，第二熱流量可以通過以較低功率輸入或電流(至少在時間平均的基礎(chǔ)上)運行一個或多個加熱元件來提供，該較低功率輸入或電流也可以隨時間相應(yīng)地變化。對于本發(fā)明來說，一個或多個加熱元件在一個或多個第二操作模式中提供任何熱流量并不是必要的。相反，在一種或多種第二操作模式中，還可以執(zhí)行所謂的“熱蒸汽待機”，例如其中，蒸汽通過反應(yīng)管以將蒸汽保持在特定的溫度，即，將蒸汽保持在預(yù)定溫度或預(yù)定溫度范圍內(nèi)，但加熱元件設(shè)置為低功耗或電流，或可選地完全停止運行。

6、通過在反應(yīng)管處使用第一熱流量所達到的反應(yīng)管溫度可以選擇為與燃燒爐或其他電加熱爐相同或相當(dāng)。該溫度覆蓋較寬的范圍，因為在相應(yīng)的反應(yīng)管中總是出現(xiàn)相當(dāng)大的溫度梯度(“冷”入口和“熱”出口，特別是結(jié)焦加劇時)。當(dāng)使用輻射加熱元件時，由于需要高熱流量，提供上述反應(yīng)管的溫度水平需要加熱元件的溫度更高。簡而言之，加熱元件的平均溫度通?！案印庇诜磻?yīng)管的平均溫度水平之上，這些溫度之間的“浮動高度”與運行時工藝所需的熱流量的密度成比例。所需的平均熱流量的密度越高，加熱元件與反應(yīng)管之間的平均溫差就越大。然而，特定加熱元件表面位置的局部溫度將變化，并且是由給定位置處的復(fù)雜熱平衡過程引起的，該過程涉及所有相關(guān)傳熱機制(輻射、對流、傳導(dǎo))和電流引起的焦耳熱。

7、如上所述，本發(fā)明可以特別用于通過蒸汽裂解生產(chǎn)烯烴和/或其它合成產(chǎn)品，或用于通過蒸汽重整生產(chǎn)合成氣或氫氣，如開頭所述。然而，本發(fā)明原則上適用于所有類型的反應(yīng)，其中送入混合物以氣態(tài)通過從外部加熱至適當(dāng)溫度水平的反應(yīng)管并發(fā)生反應(yīng)。

8、反應(yīng)管可以任何可設(shè)想的方式穿過反應(yīng)器容器，特別是帶有或不帶有一個或多個反向點或反向彎曲。特別地，反向管可以在豎直布置的平面中布置成單行，并通過布置在該平面兩側(cè)的輻射加熱元件加熱。在兩個平面之間的中間區(qū)域中的多排布置以及從中間區(qū)域外部的相應(yīng)加熱也是可以的。特別地，反應(yīng)管長度為5m至100m和/或直徑為20mm至200mm。此外，各個反應(yīng)管可以設(shè)計為兩股或多股平行的段，管的直徑小于單管。優(yōu)選地，多股管段布置在靠近爐的入口處，以在該區(qū)域提供盡可能地最高的長度的反應(yīng)管壁的面積。在此布置的更下游，將初始的平行股組合為具有優(yōu)選較大直徑的公用股。在該示例中，反應(yīng)管由平行的兩股或多股、特別地包括連接配件的連接部，和組合后的股組成。相反，原則上也可以在反應(yīng)管端部或中間段提供反應(yīng)管的多股設(shè)計，帶有中間分隔件和必要時的附加連接件。通常，在本發(fā)明的實施方案中，管可以以任何可想到的方式分開和組合。根據(jù)反應(yīng)類型，反應(yīng)管也可以填充有合適的催化劑材料和/或惰性材料，或保持空管形式。

9、本發(fā)明提供使用電提供的輻射熱來加熱反應(yīng)管。然而，這并不排除除此之外使用其它類型的加熱，例如將反應(yīng)管本身用作電阻器產(chǎn)生熱量的直接加熱、感應(yīng)加熱、或在反應(yīng)器設(shè)備的其他反應(yīng)器容器中使用燃燒器加熱。無論哪種情況，除了輻射熱之外，通過適當(dāng)?shù)募訜嵩峁┑牟糠譄崃恳部梢詫α鞯貍鬟f至反應(yīng)管。

10、因此，如果在本文提及使用間接電加熱，即使用通過電加熱元件提供的輻射熱，并不排除存在額外的電或非電加熱。特別地，還可設(shè)想，例如根據(jù)電力的供應(yīng)和價格或非電能源的供應(yīng)和價格，隨時間調(diào)節(jié)電加熱類型以及特別是非電加熱類型的貢獻比例。

11、“反應(yīng)器容器”在本文理解為與外部部分地或完全地隔熱的外殼，特別地可以內(nèi)襯有上述的溫度下具有耐熱性的材料。特別地，反應(yīng)器容器主要地，即至少90％、95％、99％、99.5％或99.8％地被具有隔熱性質(zhì)的(實心)壁包圍。這些壁可以包括緊密的、連續(xù)的或不可滲透的背層，例如金屬片，以及一個或多個絕緣層。關(guān)于其中反應(yīng)器容器“被隔熱壁圍繞”的比例給出的數(shù)字在這方面可以特別地理解為反應(yīng)器容器的整個殼體中由具有隔熱性質(zhì)的固體結(jié)構(gòu)構(gòu)成的比例，即，該固體結(jié)構(gòu)包覆有隔熱材料或由隔熱材料制成或包括隔熱材料。反應(yīng)器外殼的開口或端口，通常不作為完全隔熱來提供，可以不包含在針對“主要包圍”的反應(yīng)器容器給出的比例數(shù)值中。如本文所理解的，反應(yīng)器壁的被提供為“隔熱”的任何部分可以具有低于2w/m2k，特別是低于1.5w/m2k、1w/m2k、0.5w/m2k或0.2w/m2k的傳熱系數(shù)。術(shù)語“傳熱系數(shù)”旨在表示相關(guān)數(shù)字所指代的值(僅)指固體結(jié)構(gòu)中的傳導(dǎo)傳熱系數(shù)(特別是不包括壁的內(nèi)側(cè)和外側(cè)上的輻射和對流傳熱分量(component))。例如，若反應(yīng)器容器如前所述被隔熱壁包圍至少x％，則這些x％或更少的壁面積可以被配置為具有上述傳熱系數(shù)。如前所述，反應(yīng)器外殼的開口或端口可以不會相應(yīng)地隔熱，因此開口或端口的傳熱系數(shù)可以更高，或者，例如，在永久開口的情況下，開口或端口可以完全不構(gòu)成隔熱。為了提供具有隔熱配置的反應(yīng)器壁，該壁可以如前所述地由隔熱材料制成、包括隔熱材料，或者包覆有隔熱材料，隔熱材料例如但不限于陶瓷纖維、熱反射金屬箔、礦物質(zhì)和膨脹聚合物或其任何組合。特別地，可以根據(jù)存在的局部溫度和不同的熱阻提供不同的隔熱材料。

12、如前所述，本發(fā)明不限于僅使用一個反應(yīng)器容器，而是特別地還可以用于具有不同加熱的反應(yīng)器容器的組合。關(guān)于相應(yīng)的反應(yīng)器容器、反應(yīng)器容器的氣體進料裝置、如果適用的氣體抽取裝置、及該氣體抽取裝置與煙囪等的連接的進一步細節(jié)，后文將詳細說明。本文中，術(shù)語(出口)“煙囪(stack)”和“煙道(chimney)”為同義詞，二者均指一種結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)(主要)的功能是提供與安全出口位置的流體連接，例如通向大氣，且該出口位置優(yōu)選距離地面有足夠的高度。

13、在本發(fā)明的范圍內(nèi)，反應(yīng)器容器不需要設(shè)計為氣密性的，或者至少不完全為氣密性的。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，特別地提供具有足夠氣密性的反應(yīng)器容器以能夠?qū)嶋H控制容器內(nèi)的氧氣水平。如本文所述，限定的氧的濃度在加熱元件處是特別有利的，因此反應(yīng)容器在加熱元件附近的氣密性是特別相關(guān)的。因此，在加熱元件附近，反應(yīng)器容器的壁可以以較低的氣密性設(shè)置。然而，并非本發(fā)明的所有實施方案都如此設(shè)置。為避免產(chǎn)生歧義，氣密性可以不涉及任何有意引入的氣體，即使該氣體在反應(yīng)器容器的外部和內(nèi)部之間的壓力差的影響下流動，即穿過反應(yīng)器容器的壁。

14、“反應(yīng)期”在本文應(yīng)理解為是指進行反應(yīng)并使反應(yīng)所需反應(yīng)物通過反應(yīng)管的時間段或相應(yīng)時間段的一部分。這特別對應(yīng)于第一操作模式。通常，在反應(yīng)期間，可燃成分，特別是烴，包含在工藝進料氣體中，并因此通過反應(yīng)管。在除反應(yīng)期之外的時期，例如在再生期或惰性化期(即，特別是在第二操作模式中)，這樣的可燃成分通常不通過反應(yīng)管。

15、在本發(fā)明實施方案中，反應(yīng)管在實際反應(yīng)期之前的時間段內(nèi)被加熱至反應(yīng)管溫度水平，在反應(yīng)期，反應(yīng)管被保持在反應(yīng)管溫度水平下，和/或，在每種情況下在這些反應(yīng)期之后的冷卻期期間，從該反應(yīng)管溫度水平開始冷卻。反應(yīng)時間段特別是在本文理解的意義上執(zhí)行“一種或多種第一操作模式”的時間段，而加熱或冷卻時間段特別是在本文理解的意義上執(zhí)行“一種或多種第二操作模式”的時間段，如前所述。加熱特別是在反應(yīng)器設(shè)備(臨時)停用之后進行，例如用于清潔、除焦、修理和/或維護。相應(yīng)地，冷卻在(臨時)停用前進行，可以包括主動或被動冷卻(即“自然冷卻”反應(yīng)器)。

16、如通常已知的，所述類型的方法特別地還可以包括除焦操作，其中在相應(yīng)的反應(yīng)期之后，去除在反應(yīng)管中形成的沉積物，例如通過借助于含氧氣體或氣體混合物“燒掉”。這特別適用于不使用催化劑的純氣相反應(yīng)。在相應(yīng)除焦操作前，通常清除反應(yīng)管中的反應(yīng)物，并特別進行預(yù)冷卻或后續(xù)加熱。除焦操作的相應(yīng)時間段，以及例如將純蒸汽添加到反應(yīng)管中以避免(過度)冷卻的待機操作(所謂的“熱蒸汽待機操作”)的相應(yīng)時間段和冷卻或加熱的時間段在本文所用的理解中不計為反應(yīng)期的一部分。即，“一種或多種第一操作模式”在相應(yīng)的時間段內(nèi)不會進行，就如同在維護期或者更換、再生催化劑床層的時間段內(nèi)不會進行一樣。這些時段是執(zhí)行“一種或多種第二操作模式”的時間段。

17、總結(jié)上述內(nèi)容，在一種或多種第二操作模式期間，反應(yīng)管可以在以下至少一種模式下運行：在至少一種蒸汽待機模式下運行，其中，通過使蒸汽穿過反應(yīng)管，將反應(yīng)管保持在預(yù)定溫度或溫度范圍內(nèi)；以除焦模式運行，其中，通過使蒸汽和空氣通過反應(yīng)管來對反應(yīng)管進行除焦；以及以瞬態(tài)裂解模式運行，其中，隨時間改變通過反應(yīng)管的反應(yīng)進料負荷和/或反應(yīng)管出口處的工藝氣體溫度。加熱元件可以根據(jù)具體操作模式運行或不運行。特別地，在蒸汽待機模式中，加熱元件可以停止運行，但也可以在“熱”蒸汽待機中運行。在除焦模式中，加熱元件可以特別地運行，而在瞬態(tài)裂解模式中，加熱元件的負荷可以根據(jù)反應(yīng)進料負荷和/或反應(yīng)管出口處的工藝氣體溫度變化進行改變。

18、在本發(fā)明的范圍內(nèi)，“第一”和“第二”操作模式可以指反應(yīng)器設(shè)備或反應(yīng)器容器的一般操作模式。這些模式可以包括：(i)一種或多種有或沒有氣體流過反應(yīng)管的模式；(ii)一種或多種使含烴混合物通過反應(yīng)管的模式，特別是在為蒸汽裂解設(shè)置的反應(yīng)器設(shè)備的裂解操作中；(iii)一種或多種在待機操作中使蒸汽通過反應(yīng)管的模式；(iv)一種或多種使含空氣的混合物通過反應(yīng)管的模式，特別是用于除焦；或者(v)一種或多種包括有氣體流動(特別是氮氣、空氣或類似“啟動介質(zhì)”)的其他啟動和關(guān)閉操作的模式。這些模式也可以根據(jù)例如檢測到的反應(yīng)器設(shè)備或反應(yīng)器容器在特定事件后(例如自上次除焦循環(huán)以來)的運行時間來指定。

19、第一或第二操作模式是否處于在線或執(zhí)行狀態(tài)，也可以替代地或附加地根據(jù)瞬時測量數(shù)據(jù)來指定，例如基于在加熱元件的區(qū)域的溫度測量、在反應(yīng)管內(nèi)或反應(yīng)管上的溫度測量，或者反應(yīng)管出口處工藝氣體的溫度測量所獲得的數(shù)據(jù)。相應(yīng)地，還可以獲取例如當(dāng)前的量的測量，特別是在反應(yīng)管的進料管線中(用于記錄流速和當(dāng)前組成)的測量，也可以使用反應(yīng)器容器內(nèi)和/或連接的煙囪或煙囪內(nèi)排出的氧氣測量、反應(yīng)器容器內(nèi)的壓力測量、反應(yīng)管出口下游的分析測量(用于確定產(chǎn)物的成分，并在此基礎(chǔ)上，例如確定梯度陡度(gapsharpness))、加熱功率、施加的電壓和/或電流強度的測量值，以及反應(yīng)管上游和/或下游的壓力測量數(shù)據(jù)或穿過反應(yīng)管的壓差測量等。

20、在一些實施方案中，本發(fā)明可以包括任何過程控制，這將在下面進一步說明。特別地，這些過程控制可以是：(i)基于或用于設(shè)置溫度設(shè)定點(例如，反應(yīng)管出口處的工藝氣體溫度)；(ii)流量控制的規(guī)范，特別是在反應(yīng)管的進料管線中(用于確定流速和當(dāng)前組成)；(iii)加熱功率、施加的電壓和/或電流強度的設(shè)定點；以及(iv)加熱速率或冷卻速率的設(shè)定點。在任何時候，都可以對獲取的測量數(shù)據(jù)或設(shè)定點進行時間評估，并相應(yīng)地予以考慮，還可以測定測量值的時間變化率(例如，在特定時間段內(nèi)的平均變化率)，并對測量值的時間變化性進行量化(例如，通過獲取特定時間段內(nèi)測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差)。通過使用在有意義的時間段內(nèi)平均的時間變化率，可以特別地得到噪聲較小的信號。

21、在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在反應(yīng)期或本文所述的“第一”操作模式期間，將一種或多種用于化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物供應(yīng)到反應(yīng)管，而在加熱期和/或冷卻期或其他相應(yīng)的“第二”操作模式期間，不將一種或多種反應(yīng)物供應(yīng)到反應(yīng)管，或者將一種或多種反應(yīng)物以比反應(yīng)期更少的量供應(yīng)到反應(yīng)管。在第二操作模式期間，不使用或相應(yīng)地以比第一操作模式期間更少量地使用典型反應(yīng)物，特別是烴。其他反應(yīng)物可以包括水(蒸氣)、氧氣和其他化合物。

22、在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在反應(yīng)期內(nèi)也可以應(yīng)用一種或多種第二操作模式，優(yōu)選在進行負荷變化的子時間段內(nèi)，例如通過改變進料速率、產(chǎn)物氣體溫度和/或產(chǎn)物氣體組成。這種負荷變化伴隨著反應(yīng)管溫度水平的變化以及加熱元件的電流或功率輸入的變化，進而導(dǎo)致加熱元件溫度的變化。

23、根據(jù)本發(fā)明，在布置有一個或多個加熱元件的反應(yīng)器容器的至少一部分中，提供氣體氣氛。

24、在布置有一個或多個加熱元件的反應(yīng)器容器的至少一部分中提供氣體氣氛，氣體氣氛特別地通過反應(yīng)管的管壁與供應(yīng)到反應(yīng)管的一種或多種反應(yīng)物分隔開。換句話說，根據(jù)本發(fā)明調(diào)節(jié)的氧氣含量特別涉及反應(yīng)器的“氣體空間”，即除了盤管破裂的情況外，該氣體氣氛不與通過包含一種或多種反應(yīng)物的反應(yīng)管的工藝氣體接觸。然而，該氣體空間與加熱元件的外表面以及氣密反應(yīng)管的管壁外表面直接接觸。因此，該氣體氣氛包圍反應(yīng)管，但不在反應(yīng)管內(nèi)提供。

25、如前所述，第二操作模式可以是除焦操作，在這種操作中，除焦氣流，例如空氣和蒸汽的混合物，通過反應(yīng)管。在布置有一個或多個加熱元件的反應(yīng)器容器的至少一部分中所提供的氣體氣氛的氧氣含量，特別獨立于除焦氣流的氧氣含量進行調(diào)節(jié)。然而，這可以包括同時或在時間上相關(guān)地增加反應(yīng)管外部的氣體空間中的氧氣含量。

26、根據(jù)本發(fā)明的實施方案，通過反應(yīng)器容器中的一個或多個電加熱元件供應(yīng)到反應(yīng)管的輻射熱的量，可以占供應(yīng)到反應(yīng)器容器中反應(yīng)管的熱量總量的90％以上，特別地可以是全部的熱量總量。也就是說，根據(jù)本發(fā)明的這些實施方案，反應(yīng)器除了電加熱之外不包含任何(額外的)燃燒，或者這種燃燒對反應(yīng)管的熱量供應(yīng)只貢獻了少量。

27、因此，在這樣的實施方案中，在反應(yīng)管外部氣體空間中設(shè)定的氧氣含量對輸入到反應(yīng)管的熱量沒有明顯影響。因此，氧氣控制僅用于安全和使用壽命保護，而不用于過程控制。此外，與燃燒室的溫度受氧氣含量影響進而也影響輸入到反應(yīng)管的熱量的燃燒爐不同，電爐的能量消耗不受氧氣含量的影響。還應(yīng)提及的是，在盤管箱中的氧氣含量在電爐正常運行期間對污染物排放沒有顯著影響。只有加熱元件表面的老化過程會受到影響，這里的老化是指轉(zhuǎn)化率非常低的緩慢反應(yīng)。

28、特別地，除了一種或多種已知的惰性氣體如氮氣或二氧化碳或一種或多種稀有氣體之外，氣體氣氛還包括氧氣含量。根據(jù)本發(fā)明，在運行期間對氧氣含量進行動態(tài)調(diào)節(jié)，以得到隨時間變化的、預(yù)定的氧氣的體積分?jǐn)?shù)值和/或數(shù)值范圍。根據(jù)本發(fā)明，調(diào)節(jié)方式使得在一種或多種第一操作模式期間，氧氣的體積分?jǐn)?shù)在第一極限值和第二極限值之間進行調(diào)節(jié)，第一極限值在500ppm和0.5％的體積分?jǐn)?shù)之間，第二極限值高于第一極限值且在3％和10％的體積分?jǐn)?shù)之間。第一極限值也可以在500ppm和0.1％的體積分?jǐn)?shù)之間、0.1％的體積分?jǐn)?shù)和0.2％的體積分?jǐn)?shù)之間、0.2％的體積分?jǐn)?shù)和0.3％的體積分?jǐn)?shù)之間、0.3％的體積分?jǐn)?shù)和0.4％的體積分?jǐn)?shù)之間、0.4％的體積分?jǐn)?shù)和0.5％的體積分?jǐn)?shù)之間，或者這些范圍中兩個或更多范圍的任何連續(xù)組合。第二極限值也可以在3％和4％的體積分?jǐn)?shù)之間、4％和5％的體積分?jǐn)?shù)之間、5％和6％的體積分?jǐn)?shù)之間、6％和7％的體積分?jǐn)?shù)之間、7％和8％的體積分?jǐn)?shù)之間、8％和9％的體積分?jǐn)?shù)之間、9％和10％的體積分?jǐn)?shù)之間，或者這些范圍中兩個或更多范圍的任何連續(xù)組合。

29、根據(jù)本發(fā)明，在一種或多種第二操作模式期間，氧氣的體積分?jǐn)?shù)至少在時間平均基礎(chǔ)上(如上文所說明的意義)設(shè)定為比一種或多種第一操作模式期間更高的數(shù)值。本文中，對于在調(diào)節(jié)氧氣的體積分?jǐn)?shù)的控制設(shè)備或系統(tǒng)中實施的(反饋)控制結(jié)構(gòu)，較低的值可以用于限定下限閾值，較高的值可以用于限定上限閾值。

30、特別地，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在一種或多種第二操作模式期間，氧氣的體積分?jǐn)?shù)可以在第三極限值和第四極限值之間進行調(diào)節(jié)，其中第三極限值高于第一極限值，第四極限值高于第二極限值，和/或其中第三極限值高于第二極限值。第三和/或第四極限值可以在一種或多種第二操作模式期間，特別隨著時間而改變。因此，對于一種或多種第二操作模式期間的(較高的)氧氣含量，也可以進行相應(yīng)的基于閾值的設(shè)定，其中也可以在一種或多種第二操作模式期間連續(xù)或逐步改變具體設(shè)定的值，以便例如對應(yīng)于溫度的逐漸升高和/或反應(yīng)物進料量的逐漸增加。

31、通常，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在上述限制條件下，可以規(guī)定氧氣的最大含量，特別規(guī)定為等于或低于大氣中的氧氣含量，即特別低于20％、15％或10％的體積分?jǐn)?shù)。在一種或多種第二操作模式下，反應(yīng)器容器內(nèi)一個或多個位置的時間平均氧氣含量特別比一種或多種第一操作模式下高0.1、0.5、1、2或5個百分點以上。優(yōu)選地，在瞬態(tài)裂解操作中，或通常在任何其他向反應(yīng)管中供應(yīng)可燃氣體組分的第二操作模式中，反應(yīng)器容器內(nèi)一個或多個位置的時間平均氧氣含量比一種或多種第一操作模式高0.1至5個百分點或0.5至2個百分點之間，但保持低于大氣中的氧氣含量或低于較低的、以安全為導(dǎo)向的最大氧氣含量。優(yōu)選地，在蒸汽待機操作、除焦操作或通常在任何其他不向反應(yīng)管中供應(yīng)可燃氣體組分的第二操作模式中，反應(yīng)器容器內(nèi)一個或多個位置的時間平均氧氣含量比一種或多種第一操作模式高1、2或5個百分點以上，并且可以增加到大氣中的氧氣含量水平。

32、根據(jù)本發(fā)明的實施方案，通過將氧氣含量維持在可變的極限值之間，一方面可以提高相應(yīng)加熱元件的耐用性，另一方面可以確保較高水平的操作安全性。在一種或多種第一操作模式期間相對較低的氧氣含量確?？煽康胤乐乖诜磻?yīng)器容器中形成危險的(可燃或易爆)氣氛，或者即使反應(yīng)物從反應(yīng)管中泄露，也能限制燃燒程度。通過在一種或多種第二操作模式期間使用相對較高的氧氣含量，可靠地避免了在這些階段中加熱元件由于熱膨脹效應(yīng)而對其表面保護氧化層的損壞特別敏感的情況，或者通過再氧化的大氣中氧氣供應(yīng)的改善，可以更快地修復(fù)氧化層中出現(xiàn)的缺陷。

33、提供隨時間變化控制氧氣的可能性，一方面使加熱元件的耐用性最大化，另一方面保證了始終安全的操作。因此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以實施各種滿足上述要求的動態(tài)氣氛調(diào)節(jié)的可能性。特別地，動態(tài)控制可以包括根據(jù)瞬時操作模式(處于第一或第二操作模式)和操作條件，動態(tài)地調(diào)節(jié)反應(yīng)器容器內(nèi)氣體氣氛的氧氣含量的下限和/或上限。在這種調(diào)節(jié)過程中，下限/上限關(guān)閉極限值、報警極限值、過程切換值(特別是在浮動控制的情況下)和/或過程設(shè)定點值(在連續(xù)控制的情況下)都可以改變。

34、用于對相應(yīng)反應(yīng)管進行間接加熱的加熱元件通常包括導(dǎo)電的金屬或非金屬加熱結(jié)構(gòu)，具有給定形狀，例如直的或其他形狀的棒、線或帶，其中金屬加熱結(jié)構(gòu)優(yōu)選特別可以由至少包含鐵(fe)、鉻(cr)和鋁(al)元素的合金制成。替代地或附加地，金屬加熱結(jié)構(gòu)也可以至少部分地由鎳鉻合金、銅鎳合金或鎳鐵合金制成。

35、已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于反應(yīng)管的間接加熱，特別是在蒸汽裂解中，為了實現(xiàn)經(jīng)濟運行，在高溫下需要極高的熱流量密度，使得加熱元件或加熱結(jié)構(gòu)必須在其溫度上限附近運行。然而，恰恰是在該溫度極限附近，加熱元件和加熱結(jié)構(gòu)對爐內(nèi)氣氛高度敏感。特別地，為了避免或減緩加熱元件或加熱結(jié)構(gòu)的快速或逐漸的劣化，某一最小氧氣含量是有利的。例如，當(dāng)使用含鋁的金屬加熱結(jié)構(gòu)時，可以維持在加熱結(jié)構(gòu)表面形成穩(wěn)定的氧化鋁層，該氧化鋁層可以保護材料免受不受控制的腐蝕和其他損壞機制的影響。因此，本發(fā)明通過使用適當(dāng)?shù)淖畹脱鯕夂縼韺崿F(xiàn)加熱元件或其加熱結(jié)構(gòu)的長的耐用性。

36、已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于鐵鉻鋁(fecral)的加熱元件在高溫下暴露于含高濃度氮氣和低濃度氧氣的氣氛中時會受到損壞，因此與在空氣中允許的最高工作溫度相比，在這種氣氛中該加熱元件具有較低的最高工作溫度。在不局限于理論的情況下，認(rèn)為這種損壞與氮化物的形成有關(guān)，氮化物會干擾元件表面保護性氧化鋁層的形成，并導(dǎo)致腐蝕，會顯著縮短加熱元件的使用壽命。這種損壞發(fā)生的程度和速度與在與加熱元件接觸的氣氛中氧氣和含氧物質(zhì)的濃度以及元件溫度有關(guān)。例如，在《礦冶學(xué)報b——冶金》(j.min.metall.b)2019年第55卷中記錄的研究表明，在99.996％的氮氣(氧氣和水的雜質(zhì)水平低于10ppm)氣氛中，將鐵鉻鋁材料加熱到1200℃會導(dǎo)致腐蝕的發(fā)展，這種腐蝕是通過形成由aln相顆粒組成的局部亞表面氮化區(qū)域而發(fā)生的。相反，如《表面和涂層技術(shù)》(surf.coat.technol.)2001年第135卷第291頁所記錄的，對于fecral合金，在空氣中或在含2％或10％(體積分?jǐn)?shù))氧氣的氣體氣氛中氧化得到的氧化皮(scale)之間沒有觀察到明顯的形態(tài)差異。

37、同樣，在不局限于理論且不限制本發(fā)明范圍的情況下，認(rèn)為在加熱元件表面防止元件加速劣化所需的氧氣濃度取決于操作條件，例如溫度以及加熱元件的熱歷史，操作條件決定了任何保護性氧化層的厚度和質(zhì)量。雖然在有利的情況下，相當(dāng)?shù)偷难鯕鉂舛?例如100ppm)可以足以防止加速劣化，但謹(jǐn)慎的做法是將爐內(nèi)氣氛中的氧氣濃度目標(biāo)設(shè)定得更高，以考慮到加熱元件表面更容易受到氮化影響的情況，以及考慮到爐內(nèi)氧氣分布不均勻的情況，這可以導(dǎo)致爐內(nèi)氧氣濃度低于目標(biāo)濃度。因此，爐內(nèi)或反應(yīng)器容器氣氛中氧氣濃度的實際下限似乎是0.1％的氧氣體積分?jǐn)?shù)，但也可以選擇500ppm。更高的極限濃度值，例如0.2％的氧氣體積分?jǐn)?shù)或更高，如0.5％或1％的體積分?jǐn)?shù)，可以在不太有利的爐內(nèi)條件或氧氣分布更明顯不均勻的情況下提供額外的安全裕度，并且可以根據(jù)本發(fā)明進行選擇。相反，只要滿足防止氮化物腐蝕的最低氧氣濃度，加熱元件附近的低氧氣濃度可以是有益的，因為已知典型的加熱元件材料的氧化速率隨著氧氣濃度的增加而增加。最低氧氣濃度可以取決于溫度以及加熱元件的組成。

38、鑒于這種爐內(nèi)潛在物理機制的復(fù)雜性和廣泛的操作條件范圍，預(yù)見隨時間變化控制氧氣含量的可能性，并根據(jù)本發(fā)明的要求來調(diào)節(jié)氣體氣氛，是特別重要的。

39、根據(jù)本發(fā)明所提供的氣體氣氛，對于上述金屬合金而言是具有優(yōu)勢的，但原則上，即便在每種情況下所觀察到的損壞效果有所不同，該氣體氣氛也用于與其他材料配合使用，例如基于mosi2或sic的材料。

40、在確定允許的最大氧氣含量時，一個重要的考慮因素是進料氣體和產(chǎn)物氣體的可燃性極限。在所有可燃氣體的可燃性范圍內(nèi)，存在一個氧氣濃度，通常稱為極限氧氣濃度(loc)，低于該濃度就不能形成可燃混合物。例如，在25℃和1個大氣壓下，乙烯的loc是10％的氧氣。在這些條件下，不含至少10％氧氣的乙烯、氮氣和氧氣的任何混合物不能產(chǎn)生自蔓延火焰。結(jié)合文獻數(shù)據(jù)和溫度調(diào)節(jié)程序，在830℃的典型的蒸汽裂解溫度下，乙烷和乙烯的loc可以估計分別為4.1％和3.6％。如果反應(yīng)器容器中的氧氣濃度低于這些極限值，那么在盤管破裂的情況下就不會形成可燃混合物。

41、雖然對于像石腦油這樣的復(fù)雜混合物，計算相同的極限值存在一些不確定性，但估計己烷的loc為4.2％，所以預(yù)計乙烯是具有最低loc的反應(yīng)物/產(chǎn)物。雖然830℃高于所有這些烴的自燃溫度，但即使發(fā)生自燃，保持低于loc預(yù)計也能防止形成沖擊波。

42、基于這些觀察結(jié)果，對于任何向工藝管中供應(yīng)可燃組分的操作模式，可以選擇本發(fā)明中第一和第二操作模式的氧氣水平。還應(yīng)注意的是，對于一種或多種不向工藝管中供應(yīng)可燃組分的第二操作模式，最大氧氣水平可以暫時提高到大氣中的氧氣水平。

43、通常，在本發(fā)明的范圍內(nèi)使用的加熱元件可以具有例如由不導(dǎo)電的耐熱材料(如陶瓷)制成的基體，例如加熱絲或加熱帶的形式的加熱結(jié)構(gòu)在該基體上或內(nèi)部例如以曲折的方式布置。可替代地，也可以使用具有與加熱元件相關(guān)聯(lián)的支架的一個或多個直的和/或彎曲的加熱結(jié)構(gòu)。例如，可以使用所謂的加熱筒，可以通過插入式或卡口式連接等方式固定在合適的連接部位。典型地，使用多相交流電(ac)，特別是三相交流電進行加熱，加熱絲可以成組地連接到相應(yīng)交流電的各相上，但也可以使用直流電(dc)加熱。本發(fā)明允許相應(yīng)加熱元件的任何組合、布置和操作模式，并不受此限制。

44、通過使用本發(fā)明，即特別在加熱和/或冷卻期或相應(yīng)的其他“第二”操作模式期間，使用相對較高的氧氣含量，即使在相應(yīng)的加熱和/或冷卻過程中或在其他(更)容易出現(xiàn)這種情況的操作模式中，也可以可靠地避免加熱元件的過度老化。例如，在加熱過程中，特別是由于加熱元件的金屬基體材料和在其上形成的保護性氧化層的不同熱膨脹，加熱元件中可能會出現(xiàn)裂紋。較高的氧氣含量可以抑制這種裂紋的形成，有助于快速再生完整的保護性氧化層。同時，在相應(yīng)的反應(yīng)管中通入例如蒸汽但還沒有通入例如烴的可燃反應(yīng)物的加熱期內(nèi)，確保反應(yīng)器容器內(nèi)的低氧氣氛不太重要。本發(fā)明考慮到了這一點。

45、因此，在送入上述(特別是可燃的)反應(yīng)物，特別是烴之前，可以在相應(yīng)的加熱期內(nèi)將加熱元件加熱到較高溫度，在此期間仍可以保持相對較高的氧氣含量。然后可以連續(xù)或逐步將氧氣設(shè)定點降低到足夠低的水平，以允許開始送入反應(yīng)物。當(dāng)達到穩(wěn)定運行時，可以實現(xiàn)進一步的降低。

46、在本發(fā)明的一個實施方案中，特征在于多個可單獨控制的調(diào)節(jié)氣體注入點。例如，通過調(diào)節(jié)靠近壁的注入點處的預(yù)混比例，能實現(xiàn)氧氣含量的降低，從而使反應(yīng)管區(qū)域內(nèi)的含量基本保持不變。在反應(yīng)操作后的冷卻過程中，反應(yīng)容器內(nèi)的氧氣含量可以通過相反的程序相應(yīng)地增加。

47、如前所述，在一種或多種第二操作模式期間，可以對氧氣的體積分?jǐn)?shù)進行連續(xù)或逐步的改變，并且在在一種或多種第二操作模式期間，氧氣的體積分?jǐn)?shù)可以根據(jù)反應(yīng)管溫度、加熱器溫度和/或輸入到反應(yīng)管中的反應(yīng)物的量進行調(diào)節(jié)，特別可以連續(xù)或逐步地進行改變。通過這種方式，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，先前提到的目標(biāo)(例如避免加熱元件受損和避免形成爆炸氣氛)總是能夠盡可能最大程度地實現(xiàn)。

48、如前所述，在一種或多種第一操作模式期間，反應(yīng)管的至少的一段可以保持在一定的反應(yīng)管溫度水平，使得該段的反應(yīng)管溫度水平僅在預(yù)定范圍內(nèi)變化，特別是不超過10k、30k或50k。在一種或多種第一操作模式期間，加熱元件也可以通電，特別是以恒定或基本恒定的有效電流通電，其中該基本恒定電流是指在一種或多種第一操作模式期間，功率消耗的變化不超過5％、10％、30％的操作。本文的功率消耗優(yōu)選地理解為在至少10s、30s、1min或5min的時間段內(nèi)平均的有效功率消耗，以濾除特別是與功率控制操作(例如晶閘管中的脈沖控制或相角控制)相關(guān)的任何短期波動。

49、另一方面，在一種或多種第二操作模式中，例如在加熱期或冷卻期，反應(yīng)管溫度可能會有顯著變化。在加熱期間，反應(yīng)管可以從例如在-50℃至700℃范圍內(nèi)的初始溫度水平加熱到例如在500℃至1200℃范圍內(nèi)的最終溫度水平，冷卻期間則反之。加熱元件的溫度也會相應(yīng)變化，在加熱期間的初始溫度水平例如也在-50℃至700℃之間，最終溫度水平例如在600℃至1400℃之間。在所有情況下，根據(jù)本發(fā)明，可以通過使用不同的氧氣含量來對此特別考慮。這樣的加熱期可以在通過或不通過安裝在爐內(nèi)的一個或多個加熱元件通電的情況下進行。例如，初始加熱階段可以僅通過外部預(yù)熱介質(zhì)(如蒸汽、空氣和/或氮氣)流過爐內(nèi)的反應(yīng)管來完成。或者，可以通過向一個或多個加熱元件通電而不使任何流體流通過反應(yīng)管來至少部分地加熱爐。在一個優(yōu)選的實施方案中，加熱期的至少一部分包括使外部預(yù)熱介質(zhì)(如蒸汽、空氣、氮氣和/或烴)流動，并同時對一個或多個加熱元件通電，從而逐漸升高爐內(nèi)至少一部分的溫度。冷卻期間可以通過類似的方式操作，即改變流過反應(yīng)管的流體介質(zhì)的組成、流速和/或預(yù)熱溫度，和/或改變通過爐內(nèi)一個或多個加熱元件的電流。

50、在更一般的公式中，在一種或多種第二操作模式期間，氧氣的體積分?jǐn)?shù)可以至少暫時或間歇地變化，同時，一種或多種反應(yīng)物的第二質(zhì)量流量也可以至少間歇地變化，和/或在一種或多種第二操作模式期間，第二輻射熱的流量也可以至少間歇地變化。術(shù)語“間歇(地)”是指這種變化不一定在相應(yīng)操作模式執(zhí)行的整個時間內(nèi)發(fā)生，而是可以被不變化的時間段所中斷。在一種或多種第二操作模式期間，氧氣的體積分?jǐn)?shù)的至少間歇變化可以(至少)考慮到一種或多種反應(yīng)物的第二體積流量的至少間歇變化，和/或考慮到在一種或多種第二操作模式期間輻射熱的第二熱流量的至少間歇變化來進行。關(guān)于執(zhí)行第一和第二操作模式的其它實施方案和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)作了說明。

51、換句話說，如上文也說明過的，在一種或多種第一操作模式期間，每個反應(yīng)管的至少一部分可以保持在第一溫度范圍內(nèi)的反應(yīng)管溫度，而在一種或多種第二操作模式期間保持在第二溫度范圍內(nèi)的反應(yīng)管溫度。第一溫度范圍特別可以是400℃至1500℃，進一步特別可以是450℃至1300℃、500℃至1200℃，或600℃至1100℃，特別是在反應(yīng)管表面和/或反應(yīng)管內(nèi)。第二溫度范圍例如通過與第一溫度范圍的溫差來限定，特別是至少1k、10k、50k或100k的溫差。在某些情況下，這種溫差也可能很小，例如在反應(yīng)管的入口附近。在某些情況下，這種溫差也可能局部為負，例如當(dāng)在第二操作模式中使用升高的入口溫度時。如前所述，第二溫度范圍特別也可以通過適當(dāng)?shù)募冋羝鞔龣C操作來實現(xiàn)。

52、在本發(fā)明的范圍內(nèi)，相應(yīng)的加熱元件可以特別地布置在反應(yīng)器容器的壁上，并從那里向反應(yīng)管輻射熱量。壁可以是直的或彎曲的，例如呈拋物面形狀。壁可以具有任何壁面形狀的組合，并且例如也可以具有可以彼此成角度或以任何角度布置的直的壁段。根據(jù)本發(fā)明提供的氣體氣氛確保了所提到的氧氣含量在布置有加熱元件的區(qū)域內(nèi)占主導(dǎo)。

53、本發(fā)明由于在一種或多種第一操作模式期間特別是在反應(yīng)管受損(“盤管破裂”)的情況下對氧氣上限的調(diào)節(jié)，提高了相應(yīng)反應(yīng)器容器的操作安全性。在發(fā)生相應(yīng)損壞時，一個或多個反應(yīng)管可能會被切斷，特別是完全切斷。然而，本發(fā)明對于較小規(guī)模的泄漏也是有利的。在發(fā)生相應(yīng)損壞時，可燃氣體會突然或逐漸泄漏到反應(yīng)器容器中，由于隔熱原因，該反應(yīng)器容器在很大程度上是密封的。

54、與根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備相比，這種損壞在傳統(tǒng)的燃燒式反應(yīng)器中的安全問題較小。在本發(fā)明的設(shè)備中，至少一個反應(yīng)器容器僅用電加熱，因為在燃燒式反應(yīng)器中，從反應(yīng)管中泄漏的可燃氣體，例如以烴/蒸汽混合物的形式，可以通過在反應(yīng)器容器或相應(yīng)燃燒室中發(fā)生的燃燒以可控的方式轉(zhuǎn)化，或者可以安全地在廢氣流中排出。此外，由于燃料氣體的常規(guī)燃燒會導(dǎo)致氧氣含量顯著降低，因此包圍反應(yīng)管的氣室在本質(zhì)上已經(jīng)“惰性化”了。相比之下，在純電加熱的情況下，相應(yīng)的可燃氣體可能會在反應(yīng)器容器中積聚，并且例如在空氣的正常氧氣含量和高于自燃溫度的溫度下達到爆炸或爆震極限。即使在沒有爆炸或爆震的燃燒情況下，完全或不完全燃燒也會導(dǎo)致能量釋放，從而可能導(dǎo)致過熱。完全或不完全燃燒，加上從反應(yīng)管中流出的氣體體積，特別地可能導(dǎo)致不期望的壓力增加。本發(fā)明減少了這種壓力增加，因為在反應(yīng)器腔室內(nèi)，氣體混合物的燃燒受到低氧氣濃度以及進而受到低氧氣存量的限制。

55、因此，本發(fā)明特別適用于間接電加熱的反應(yīng)器，在這種反應(yīng)器中，工藝氣體溫度接近或高于工藝氣體中所含組分(特別是烴)的自燃溫度。

56、通過所提出的措施，本發(fā)明創(chuàng)造了一個具有調(diào)節(jié)氣氛的封閉空間，用于維護加熱元件上的保護性氧化表面，并用于對以電方式輸入能量的高溫反應(yīng)器進行安全相關(guān)的保護。特別地，本發(fā)明的使用還提高了加熱元件的耐用性，在加熱和冷卻期間、負荷變化期間，或在除焦或待機期間，較高的氧氣含量特別地保護了加熱元件。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，通過這種方式，特別地，可以對相應(yīng)操作的反應(yīng)器容器進行完全電加熱，即至少在該反應(yīng)器容器內(nèi)，反應(yīng)管的加熱有利地主要或完全通過電加熱進行，即至少90％、95％或99％的輸入熱量，特別是本文輸入的全部熱量，是通過電加熱裝置進行的。本文不考慮通過一個或多個反應(yīng)管的氣體混合物的熱輸入，使得該比例特別涉及在反應(yīng)器容器內(nèi)從外部傳遞到一個或多個反應(yīng)管壁的熱，或者在反應(yīng)器容器內(nèi)的壁或催化劑床中產(chǎn)生的熱。

57、在本發(fā)明的某些實施方案中，以下也稱為“第一組實施方案”，用于提供氣體氣氛的一種或多種氣體或氣體混合物可以在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段送入到反應(yīng)器容器，同時氣體氣氛的一部分從反應(yīng)器容器中排出。這特別會導(dǎo)致氣體在反應(yīng)器容器中持續(xù)流動，從而也可以以這種方式避免例如熱量積聚或氣體組分的局部富集或耗盡。通過這種方式，通過相應(yīng)地調(diào)節(jié)進料，特別容易控制氣體氣氛中的氧氣含量。

58、在該第一組實施方案中，從反應(yīng)器容器的一個或多個流出開口(以下為了簡化部分地僅使用單數(shù)形式)，特別地可以與煙囪，例如(應(yīng)急)煙囪，建立連接，在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段都是永久開放的。這意味著一個或多個流出開口除了可能存在的流動橫截面的收縮外，對流體流入或流出反應(yīng)器容器不產(chǎn)生任何機械阻力。因此，至少在反應(yīng)期間，一個或多個開口是未密封的。

59、在這種情況下，煙囪開口或與煙囪的連接或另一個流出開口在反應(yīng)管受損的情況下也用于排出多余的氣體，特別是可燃烴。在這種情況下，煙囪可以具有結(jié)構(gòu)元件(所謂的速度密封或擾流器)，特別是在煙囪壁區(qū)域，以防止(例如由于自由對流氣流)回流到反應(yīng)器容器中。

60、在其他實施方案中，以下也稱為“第二組實施方案”，從反應(yīng)器容器的一個或多個流出開口(以下為了簡化部分地僅使用單數(shù)形式)，特別是煙囪開口或與煙囪的連接，可以設(shè)計為僅在預(yù)定壓力水平以上打開，例如通過壓力瓣、爆破片或相應(yīng)的閥門關(guān)閉流出開口。在這種情況下，流出開口通常是關(guān)閉的，即在預(yù)定壓力水平以下，但在反應(yīng)管受損的情況下，當(dāng)相應(yīng)的壓力因釋放相應(yīng)的煙囪橫截面而增加時，用于排出多余的氣體，特別是可燃烴。在這種情況下，當(dāng)達到預(yù)定壓力水平時，可以提供間歇或永久的開口。在此背景下，“永久”開口特別應(yīng)理解為不可逆的開口，因此在該實施方案中，在通過釋放氣體使壓力隨后降至預(yù)定壓力水平以下后，不會重新密封。另一方面，在“間歇”開口的情況下，可以重新關(guān)閉。

61、為了在預(yù)定壓力水平下打開，一個或多個流出開口例如可以具有一個或多個彈簧加載或負載加載的閥瓣，這些閥瓣具有由彈簧或負載特性限定的開啟阻力，因此僅在相應(yīng)的壓力下打開，或者更準(zhǔn)確地說，在開口兩端的壓力差下打開。對于可能的實施方案，例如可以參考國際專利申請pct/ep2022/059330，特別是其中的圖6a至6d以及第28頁的相應(yīng)說明，在法律允許的范圍內(nèi)以引用的方式并入本文。除了上述本身已知的爆破片或(機械)泄壓閥的使用外，還可以例如通過傳感器檢測壓力值，并在超過預(yù)定閾值時觸發(fā)任何類型的開啟機構(gòu)，例如點火機構(gòu)或電動執(zhí)行器驅(qū)動。這使得在必要時能夠在短時間內(nèi)創(chuàng)建一個具有足夠大橫截面的開口，該開口在正常運行期間以所說明的方式保持關(guān)閉。

62、在這種情況下，即在第二組實施方案中，正常運行期間關(guān)閉的煙囪開口可以通過通向煙囪的相應(yīng)旁路管線繞過，以便去除氣體氣氛或沖洗反應(yīng)器容器。通過這種方式，通過在旁路管線中使用流體技術(shù)裝置，可以進行特別可控的、例如時間可控的排出操作。

63、通常，從反應(yīng)器腔室中排出氣體可以改變氣體氣氛的組成和/或?qū)崿F(xiàn)冷卻。從反應(yīng)器腔室中排出的氣體可以進行冷卻和/或再生，以便再次使用(循環(huán)利用)來提供氣體氣氛。在冷卻過程中，可以進行熱集成，即特別是在熱交換器中，從氣體中抽出的熱量可以傳遞到另一股物流和/或蒸汽系統(tǒng)中的蒸汽中。

64、為了在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段輸送用于提供氣體氣氛的一種或多種氣體或氣體混合物，可以提供并使用特別是以進料噴嘴或進料開口形式或包括此類裝置的氣體進料裝置，以及與其連接的氣體儲存器。這些裝置特別可以設(shè)計成通過已知的流體技術(shù)手段進行控制。

65、進料和/或抽出可以連續(xù)或不連續(xù)地進行，特別是根據(jù)基于所需氧氣含量的控制來進行，以符合根據(jù)本發(fā)明使用的第一和第二極限值和/或任何其他設(shè)定點或極限值，例如本發(fā)明一個實施方案中使用的第三和第四極限值。

66、換句話說，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，可以將用于提供氣體氣氛的一種或多種氣體或氣體混合物連續(xù)或不連續(xù)地送入到反應(yīng)器容器中，并且還可以從反應(yīng)器容器中抽出氣體氣氛的至少一部分，其中抽出可以至少部分地與進料同時進行，或者至少部分地滯后于進料。

67、在本發(fā)明的范圍內(nèi)，在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，可以在反應(yīng)器容器中提供低于大氣壓的壓力水平。這可以特別是在以所說明的方式同時進料和抽出的情況下實現(xiàn)，并且特別地，在具有從反應(yīng)器容器到(應(yīng)急)煙囪的永久開放連接的實施方案中通過協(xié)調(diào)進料和抽出實現(xiàn)，或者通過與第一組實施方案相關(guān)的先前提供的其他措施實現(xiàn)。在這種情況下，由于煙囪和反應(yīng)器容器中的高溫以及由此導(dǎo)致的所含氣體體積的較低密度，在反應(yīng)器容器中會產(chǎn)生靜態(tài)負壓。在這種情況下，也可以提供(“抽吸”)風(fēng)扇來產(chǎn)生氣流，例如直到形成相應(yīng)的靜態(tài)負壓。

68、通過在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段在低于大氣壓的壓力水平下操作反應(yīng)器容器，可以始終可靠地防止可能有害、腐蝕性或可燃的不良組分從反應(yīng)器容器中流出。然而，可能會發(fā)生空氣或二次空氣的流入，但這可以通過足夠緊密的設(shè)計來限制和/或通過適當(dāng)?shù)目刂苼硌a償。

69、因此，當(dāng)在低于大氣壓的壓力水平下操作反應(yīng)器容器時，反應(yīng)器容器的壁優(yōu)選具有特別高的氣密性，以防止不受控制的空氣以及由此帶來的氧氣進入反應(yīng)器容器。在一個實施方案中，爐壁的建造使得每單位爐內(nèi)壁表面積，以及反應(yīng)器容器內(nèi)部與周圍外部大氣(在相同海拔高度)之間每單位平均壓力差(取絕對值)下的相對空氣進入速率限制在低于0.5nm3/(h×m2×mbar)、低于0.25nm3/(h×m2×mbar)或低于0.1nm3/(h×m2×mbar)的值，其中nm3是在0℃和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的標(biāo)準(zhǔn)立方米。本文爐內(nèi)壁表面積限定為熱箱或反應(yīng)器容器隔熱層的熱表面積之和，該隔熱層在所有方向(即側(cè)面、頂部和底部)界定內(nèi)部箱體積，不包括輻射加熱元件或從隔熱層突出到內(nèi)部箱體積中的其他結(jié)構(gòu)的表面積。選擇這些值是為了能夠?qū)崿F(xiàn)適度的惰性氣體進料速率(以最小化公用工程消耗和通過煙囪的對流熱損失)，同時將反應(yīng)器容器內(nèi)部的所得氧氣濃度保持在規(guī)定的上限以下。在一個優(yōu)選的實施方案中，反應(yīng)器容器內(nèi)部與周圍外部大氣(在相同海拔高度)之間的平均壓力差(取絕對值)低于10mbar、低于5mbar或低于3mbar，這主要取決于煙囪設(shè)計(例如高度、直徑、隔熱)以及是否可選地提供風(fēng)扇或類似裝置。作為一般設(shè)計規(guī)則，當(dāng)限定較低的氧氣上限值時和/或當(dāng)要最小化操作成本時和/或當(dāng)反應(yīng)器容器壁與環(huán)境之間的絕對壓力差增加時，優(yōu)先提高反應(yīng)器容器壁的氣密性。

70、然而，作為一種替代方案，特別是可以與上述第二組實施方案結(jié)合使用，在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，也可以在反應(yīng)器容器中設(shè)置高于大氣壓的壓力水平。因此，如所說明的，如果通向反應(yīng)器容器的煙囪開口關(guān)閉或設(shè)計為僅在預(yù)定壓力水平以上打開，則優(yōu)選可以提供高于大氣壓的壓力水平。

71、特別地，氣體氣氛可以通過將用于提供氣體氣氛的一種或多種氣體或氣體混合物送入到反應(yīng)器容器來實現(xiàn)，然而，與剛剛說明的實施方案不同，此時不同時從反應(yīng)器容器中去除氣體氣氛的一部分。在這種情況下，可以將相應(yīng)的氣體或氣體混合物送入到高于大氣壓的壓力水平，但該壓力水平低于上述和上文說明的流出開口的開啟壓力。相應(yīng)的設(shè)計特別能夠減少所需的氣體量，因為有利的是，氣體氣氛可以僅在反應(yīng)階段開始時進料或間歇進料，然后無需進一步措施即可維持。

72、然而，在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，在將氣體或氣體混合物送入以提供氣體氣氛并同時從反應(yīng)器容器中抽出氣體氣氛的一部分的實施方案中，也可以設(shè)置高于大氣壓的壓力水平，這優(yōu)選通過提供用以確保反應(yīng)器容器中的相應(yīng)壓力水平的適當(dāng)控制和/或尺寸合適的旁路管線來實現(xiàn)。參考上述說明。換句話說，即使有一個永久開放的流出開口，或者例如有流速可調(diào)節(jié)的流出開口，如果相應(yīng)地調(diào)節(jié)進料氣體量和/或通過流出開口流出的氣體量，也可以在反應(yīng)器容器中設(shè)置高于大氣壓的壓力水平。

73、如果在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，特別是通過受控進料在反應(yīng)器容器中提供高于大氣壓的壓力水平，則可以防止導(dǎo)致氧氣含量增加的外部空氣以不受控制的方式流入。在該實施方案中，可能無需測量氧氣含量，因為不存在隨后增加的可能性。

74、本文中，術(shù)語“低于大氣壓的壓力水平”是指在爐附近周圍環(huán)境位置，在考慮的運行時間內(nèi)普遍存在的當(dāng)?shù)卮髿鈮毫σ韵碌娜魏螇毫Γ貏e是比該大氣壓力低至少1mbar、3mbar、5mbar、10mbar、50mbar或100mbar。相應(yīng)地，術(shù)語“高于大氣壓的壓力水平”是指在爐附近周圍環(huán)境位置，在考慮的運行時間內(nèi)普遍存在的當(dāng)?shù)卮髿鈮毫σ陨系娜魏螇毫?，特別是比該大氣壓力高至少1mbar、3mbar、5mbar、10mbar、50mbar或100mbar。

75、在本發(fā)明的實施方案中，反應(yīng)器容器的壁不包含向大氣開放的、用于目視檢查反應(yīng)器容器內(nèi)部空間的檢查口，或者僅包含用透明材料，特別是耐熱透明材料，氣密密封的、用于目視檢查反應(yīng)器容器內(nèi)部空間的檢查口。也就是說，在本發(fā)明的實施方案中，特別地，反應(yīng)器壁上沒有以(開放的)檢查口形式提供的熱量和/或氣體泄漏，使得反應(yīng)器內(nèi)的氣體氣氛可以以特別可控的方式進行調(diào)節(jié)。在一些實施方案中，提供玻璃的和密封的觀察窗，即由透明材料氣密密封的、用于目視檢查反應(yīng)器容器內(nèi)部空間的檢查口。這些窗戶優(yōu)選地在外部配備可移動的隔熱蓋或百葉窗，在窗戶不用于觀察時，這些隔熱蓋或百葉窗可以限制熱量損失。在本發(fā)明的一些實施方案中，可以提供能夠觀察反應(yīng)管的攝像頭，并且攝像頭的安裝方式要保持氣密密封，即安裝在透明窗戶后面或反應(yīng)器內(nèi)部。在后一種情況下，任何電纜都可以通過氣密口穿過反應(yīng)器壁。

76、在本發(fā)明的一些實施方案中，可以省去反應(yīng)器壁上的開放口，特別是因為與燃燒器相比，電加熱減少或消除了對反應(yīng)管溫度進行監(jiān)測的需求，因為以更加可控的方式提供熱量。

77、概括以上說明，在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間，或者在其任何階段，可以通過以下方式提供氣體氣氛：通過將用于提供氣體氣氛的一種或多種氣體或氣體混合物注入到反應(yīng)器容器中，而不同時從反應(yīng)器容器中抽出氣體氣氛的一部分，或者同時從反應(yīng)器容器中抽出氣體氣氛的一部分。

78、僅為了清楚起見，應(yīng)再次強調(diào)，特別是如果反應(yīng)器容器與煙囪出口之間存在(相對)大面積的連接(即較低的流動相關(guān)的壓力損失)，并且足夠高的煙囪中充滿了熱(即輕的)的氣體，那么就可以在低于大氣壓的壓力水平下運行。在這種情況下，由流動引起的壓力降小于煙囪高度范圍內(nèi)熱氣體與外部冷空氣之間產(chǎn)生的大地壓力差，從而在相同大地高度處，內(nèi)部氣體氣氛與外部大氣之間產(chǎn)生負壓差。此外，如前所述，可以使用風(fēng)扇來提供低于大氣壓的壓力水平。風(fēng)扇可以設(shè)置在主煙囪管道以及旁路管道中。

79、相反，特別是如果反應(yīng)器容器與煙囪出口之間的連接(在正常運行期間)完全關(guān)閉或尺寸減小，例如通過旁路管道，使得壓力損失大于煙囪或旁路管道高度范圍內(nèi)的熱氣體與外部冷空氣之間產(chǎn)生的大地壓力差，就會產(chǎn)生高于大氣壓的壓力水平。

80、因此，在第一組和第二組實施方案中，本發(fā)明可以在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，在反應(yīng)器容器內(nèi)以低于大氣壓或高于大氣壓的壓力水平來實施。在第一組實施方案中，也可以通過適當(dāng)?shù)卮_定出口開口的尺寸和/或使用風(fēng)扇來提供低于大氣壓的壓力水平。

81、根據(jù)一個特別有利的實施方案，根據(jù)本發(fā)明的方法包括在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，使用多種氣體或氣體混合物來提供氣體氣氛，其中包括具有第一體積分?jǐn)?shù)的氧氣的第一氣體或氣體混合物，以及氧氣的體積分?jǐn)?shù)低于第一體積分?jǐn)?shù)的第二氣體或氣體混合物。這些氣體或氣體混合物的可以如下所述使用。

82、在本發(fā)明的一個實施方案中，可以提供的是在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，將第一氣體或氣體混合物的至少一部分送入反應(yīng)器容器的至少第一區(qū)域，而將第二氣體或氣體混合物的至少一部分單獨地送入反應(yīng)器容器的至少第二區(qū)域。該實施方案特別使得可以根據(jù)局部要求以特別有利的方式調(diào)節(jié)氧氣含量的空間分布。還可以提供的是，向第一和第二區(qū)域的送入可以同時進行，特別地在每種情況下也以可調(diào)節(jié)的量進行，或者不同時進行。例如，至少間歇性地，可以將氣體或氣體混合物僅送入其中一個區(qū)域，例如，如果在低于大氣壓的壓力水平下，空氣引入量(以及由此帶來的氧氣的流入)非常高，以至于只能送入氮氣或另一種惰性氣體。在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，也可以通過例如通風(fēng)槽、閥瓣或可關(guān)閉的孔等可調(diào)節(jié)或不可調(diào)節(jié)的流入開口，來確保有限定的空氣引入量。相應(yīng)的流入開口可以設(shè)計成可開啟的，特別是以可變的數(shù)量或具有可調(diào)節(jié)的流動橫截面，以便能夠以這種方式調(diào)節(jié)流入的環(huán)境空氣的量。根據(jù)本發(fā)明的意義，對流入量的相應(yīng)調(diào)節(jié)可以理解為對氣體混合物(即環(huán)境空氣)的進一步限定的進料。

83、在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，在本文中也可以將氣體或氣體混合物(預(yù)混或未預(yù)混，如下文所述)僅向一個區(qū)域永久地送入(例如，通過僅在反應(yīng)器壁上的某些點設(shè)置的進料裝置，或者也可以是剛剛說明過的空氣的入口開口)?！八腿搿毕鄳?yīng)的一個或多個區(qū)域以這樣的方式進行，使得相應(yīng)的氣體或氣體混合物(或各自的部分)到達這些區(qū)域，例如到達區(qū)域下方或側(cè)面，這樣，由于熱效應(yīng)，通過反應(yīng)器容器內(nèi)的限定的氣流，或者僅僅通過流入沖力，氣體或氣體混合物就會流向那里。在這些區(qū)域內(nèi)進行進料也是可行的。然而，在本發(fā)明的另一個實施方案中，使用清潔的“儀表”空氣來代替泄漏進入反應(yīng)器的空氣。使用清潔空氣的優(yōu)點包括引入的灰塵、濕氣以及可能影響元件壽命的污染物更少。

84、特別地，可以將加熱元件布置在反應(yīng)器容器的至少一個第一區(qū)域，并且將反應(yīng)管布置在反應(yīng)器容器的至少一個第二區(qū)域。通過上述氣體的進料或環(huán)境空氣的引入，特別地可以實現(xiàn)加熱元件的區(qū)域內(nèi)氧氣含量的相對增加(以避免如上述方式的老化/損壞)，以及反應(yīng)管的區(qū)域內(nèi)氧氣含量的相對降低(以最小化可能泄露組分的反應(yīng)轉(zhuǎn)化)。

85、特別地，第一區(qū)域和第二區(qū)域不通過任何類型的分離裝置彼此分離，因此，特別是當(dāng)相應(yīng)的第一和第二氣體或氣體混合物可以連續(xù)地通過相應(yīng)元件送入時，可以采用這樣的布置。在這種情況下，通過連續(xù)的進料和抽出操作可以維持濃度梯度，而間歇性進料隨著時間的推移可能更會導(dǎo)致混合。因此，本發(fā)明的該實施方案有利地用于前一些情況下。

86、除了剛剛說明的單獨進料的實施方案之外的實施方案，或者作為其替代方式，在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，第一氣體或氣體混合物的至少一部分和第二氣體或氣體混合物的至少一部分可以在反應(yīng)器容器外部完全或部分預(yù)混，并以完全或部分預(yù)混的狀態(tài)送入反應(yīng)器容器中。這種實施方案特別適用于反應(yīng)器容器內(nèi)沒有連續(xù)流動的情況。通過這種替代的互連，可以使大容積反應(yīng)器容器內(nèi)的濃度梯度最小化，特別是在反應(yīng)器容器的底部和/或側(cè)壁和/或頂部進行分布式計量的情況下。在這種情況下，之前所述的設(shè)計可能實現(xiàn)的在加熱元件的區(qū)域有針對性地富集氧氣的優(yōu)點，被換成為更顯著的均勻分布以及降低出現(xiàn)不利的局部不平衡(例如某些加熱元件處局部氧氣過少或反應(yīng)管附近氧氣濃度過高)的風(fēng)險。

87、相應(yīng)措施的組合也是可行的，例如在一種或多種第一操作模式期間和/或一種或多種第二操作模式期間或其任何階段，將預(yù)混氣體和未預(yù)混氣體分別送入。在這種情況下，例如，可以將氮氣-空氣混合物在反應(yīng)器容器的壁處送入，而將氮氣在反應(yīng)器容器的中心處送入。通過這種方式，也可以在加熱元件附近實現(xiàn)適度的氧氣富集，并且同時，部分預(yù)混可以限制濃度梯度。

88、原則上，在本發(fā)明的各種實施方案中，進料可以在各種各樣的位置處，特別是在多個點處進入反應(yīng)器容器。

89、第一氣體或氣體混合物可以是或包含空氣、相對于空氣富氧或缺乏氧氣的氣體混合物、或氧氣，而第二氣體或氣體混合物可以是或包含相對于空氣缺乏氧氣的氣體混合物、氮氣、二氧化碳或其他惰性氣體。原則上，第一氣體或氣體混合物可以包括體積分?jǐn)?shù)大于1％、5％或10％的氧氣。已知的工藝，例如空氣分離，可用于提供相應(yīng)的氣體或氣體混合物。本文中的術(shù)語“惰性氣體”應(yīng)理解為是指特別是在反應(yīng)器容器中占優(yōu)勢的條件下不作為反應(yīng)物參與氧化反應(yīng)的氣體。如前所述，也可僅送入一種氣體或氣體混合物，其然后特別地具有剛剛對于第二氣體或氣體混合物所說明的組成。

90、在所有情況下，在一種或多種第一操作模式期間和/或開始時和/或結(jié)束時，和/或在一種或多種第二操作模式期間和/或開始時和/或結(jié)束時，或在其任何階段，可以檢測到反應(yīng)器容器的至少一個區(qū)域的氧氣的實際體積分?jǐn)?shù)，并可以基于該檢測調(diào)節(jié)或控制用于提供氣體氣氛的一種或多種氣體或氣體混合物的進料，特別是通過量的相對和/或絕對的變化。該檢測可以特別地在一種或多種第一操作模式期間和/或在一種或多種第二操作模式期間或在其任何階段，以預(yù)定周期或(偽(pseudo))連續(xù)地進行。

91、在本發(fā)明具有連續(xù)流通過反應(yīng)器容器的實施方案中，可優(yōu)選地將氧氣含量的檢測在反應(yīng)器容器的排放物的下游(例如在煙囪或旁路管線等處)進行。附加地或替代地，可以在反應(yīng)器容器內(nèi)的一個或多個位置處測量氧氣含量?？梢允褂萌魏魏线m的方法測量氧氣含量，例如可調(diào)諧激光二極管、氧化鋯探頭、氣相色譜、順磁性法等。

92、在反應(yīng)器容器間歇加壓的情況下，可類似地在相應(yīng)的吹掃氣體排放管線和/或反應(yīng)器容器本身內(nèi)測量氧氣含量。

93、在本發(fā)明的所有實施方案中，在一種或多種第一操作模式期間和/或在一種或多種第二操作模式期間，或在其任何階段，如果氧氣濃度超過允許的最大水平，則可以啟動任何類型的安全相關(guān)功能。如果氧氣含量低于允許的最低水平，則可以啟動操作措施以重新建立反應(yīng)器內(nèi)所需的氧氣含量。如前所述，不將過低的氧氣濃度視為安全問題，但可能影響加熱元件的壽命。

94、也可以特別通過反應(yīng)器容器內(nèi)的壓力測量傳感器，檢測反應(yīng)管內(nèi)氣體的不被允許的泄漏。通過這樣的方式，例如，可以基于相應(yīng)的切換信號立即防止或停止反應(yīng)物的注入。

95、為了檢測反應(yīng)管的微小損壞(無劇烈或可測量的壓力升高的泄漏流)，也可以在吹掃流中連續(xù)測量一種或多種反應(yīng)物的含量(特別是作為一氧化碳當(dāng)量)。不允許的值也可以觸發(fā)反應(yīng)物進料的快速關(guān)閉。

96、如果使用合適的測量方法(例如激光、氣相色譜)，則對于所有所描述的設(shè)計，也可以附加地或替代地使用相同傳感器在反應(yīng)器容器的區(qū)域中測量烴或其燃燒產(chǎn)物的含量。

97、在本發(fā)明的實施方案中，因為反應(yīng)管通常包含大量的蒸汽，泄漏檢測特別地可以通過水分的存在來實現(xiàn)。

98、因此，更一般地，本發(fā)明可以包括基于壓力和/或烴測量和/或水分檢測來測定指示來自一種或多種反應(yīng)管氣體泄漏的值，并在該值超過預(yù)定閾值時啟動一項或多項安全措施。

99、此外，在某些實施方案中，本發(fā)明提供了裝置，用于在調(diào)節(jié)氣體自由流入反應(yīng)器容器之前進行可能的預(yù)熱。這種預(yù)熱特別可以通過與從反應(yīng)器腔室排出的氣體進行熱交換來實現(xiàn)。

100、換句話說，用于提供氣體氣氛的氣體或氣體混合物，或兩種或更多種氣體或氣體混合物中的至少一種，可以在一種或多種第一操作模式期間和/或在一種或多種第二操作模式期間，或在其任何階段，在送入到反應(yīng)器容器之前進行預(yù)熱。本發(fā)明的實施方案可以包括余熱回收，特別包括通過與離開反應(yīng)器容器的氣體進行熱交換實現(xiàn)的預(yù)熱。

101、特別是在近壁注入相應(yīng)氣體或氣體混合物的情況下，對該氣體或氣體混合物進行預(yù)熱可能是有利的，例如，首先使氣體或氣體混合物在盤管箱(即反應(yīng)器容器)內(nèi)部的管道中通過足夠的長度，然后再將氣體或氣體混合物引導(dǎo)到注入裝置。通過這樣的方式，可以避免較冷的調(diào)節(jié)氣體對加熱元件造成不利的冷卻，而這種不利的冷卻可能損害元件的目標(biāo)功率輸出。

102、其中可能的是，注入裝置直接位于加熱管通道的端部處，或者加熱后的調(diào)節(jié)氣體首先通過管道(優(yōu)選地在隔熱管中)從盤管箱引出，然后從外部進入注入裝置。替代地，外部熱源可以用于預(yù)熱調(diào)節(jié)氣體(電、蒸汽、熱油、熱水等)。

103、因此，本發(fā)明相應(yīng)實施方案中使用的氣體注入裝置可以包括一個或多個預(yù)熱裝置和一個或多個注入裝置。此處的“注入”旨在特別地指經(jīng)由相應(yīng)的注入裝置將氣體或氣體混合物釋放到反應(yīng)器容器中。

104、換句話說，在本發(fā)明一個特別優(yōu)選的實施方案中，可以提供將反應(yīng)器容器內(nèi)部中的顯熱或來自反應(yīng)器容器內(nèi)部的顯熱傳遞到相應(yīng)的氣體或氣體混合物的裝置。

105、本發(fā)明還提出了一種用于進行化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)器設(shè)備，其具體實施方案明確地參考相應(yīng)的獨立權(quán)利要求。

106、對于相應(yīng)反應(yīng)器設(shè)備的其它實施方案，特別地可以設(shè)置為用于執(zhí)行上述實施方案中的任一個中的過程，明確地參考上述說明。

107、本發(fā)明的特征和優(yōu)點及其有利實施方案將在下面再次說明。

108、通過所提出的充滿特定氣體氣氛的幾乎完全密封的反應(yīng)器容器的方案，與外部環(huán)境空氣相比，氧氣含量可以降低。根據(jù)本發(fā)明可以利用的是，在一個或多個反應(yīng)管失效的情況下，排出的烴的轉(zhuǎn)化率以及由此帶來的額外體積膨脹率(作為反應(yīng)熱輸入的結(jié)果)在第一近似中與氧氣分壓相關(guān)。該相關(guān)性總結(jié)于表1中，其中xo2為氧氣摩爾分?jǐn)?shù)，vreak是反應(yīng)相關(guān)的體積慣性率(volume?inertia?rate)。下表所示值為示例，并非普遍有效的定量信息。

109、反應(yīng)器容器中的最大氧氣含量(即特別根據(jù)本發(fā)明使用的第二極限值)可以特別地基于出口煙囪的尺寸來確定。

110、表1

111、 <![cdata[xo₂[體積％]]]> <![cdata[v_reak[m³/s]]]> 21 218 15 156 10 104 5 52 3 31 1 10 0.1(幾乎惰性) 1

112、反應(yīng)容器中的最大的允許壓力pmax取決于相應(yīng)腔室或周圍安全殼(containment)的機械穩(wěn)定性。該壓力必須至少等于發(fā)生管破裂或其他安全相關(guān)事件時的壓力pbox，而pbox又取決于相關(guān)腔室的體積vbox、出口煙囪直徑dstack和氧氣摩爾分?jǐn)?shù)：

113、pmax≥pbox＝f(vbox,dstack,xo2)

114、該要求構(gòu)成出口煙囪的尺寸的設(shè)計基礎(chǔ)。該關(guān)系將參考圖5進行說明。如果例如以20mbar的最大的允許壓力增加為基礎(chǔ)，如虛線51和52所示，則為了能夠使用直徑500mm的煙囪(虛線51)，反應(yīng)相關(guān)的體積增長率必須不超過約10m3/s，這導(dǎo)致最大的氧氣含量約為1％。反之，如果要使用1％的最大的氧氣含量，則必須使用直徑至少500mm的煙囪。

115、為了能夠使用直徑900mm的煙囪(虛線52)，體積率必須不超過約42m3/s，導(dǎo)致最大的氧氣含量約為4％。反之，與上述類似，如果要使用4％的最大的氧氣含量，則必須使用直徑至少900mm的煙囪。

116、反應(yīng)器容器中的氧氣含量越小，體積增長越小。因此，用于排出額外體積的出口煙囪直徑也可以更小。有效限制氧氣含量的決定性因素始終是對環(huán)境的充分密封，以便以足夠的方式防止或最小化含氧空氣的不受控制地進入，特別在反應(yīng)器容器內(nèi)部處于低于大氣壓的條件下。但如前所述，在此情況下并不需要完全密封。

117、下面參照附圖進一步解釋本發(fā)明，附圖參照現(xiàn)有技術(shù)并與現(xiàn)有技術(shù)相比較示出了本發(fā)明的實施方案。