Opvarmning af induktionsreaktor

Vi har over 20 års erfaring i Induktionsopvarmning og har udviklet, designet, fremstillet, installeret og idriftsat skibs- og røropvarmningssystemer i mange lande over hele verden. Da opvarmningssystemet er naturligt enkelt og meget pålideligt, bør muligheden for opvarmning ved hjælp af induktion betragtes som det foretrukne valg.

Induktionsopvarmning har alle fordelene ved elektricitet, der føres direkte til processen og omdannes til varme, præcis hvor der er brug for det. Det kan med succes anvendes på stort set alle beholdere eller rørsystemer, der har brug for en varmekilde.

Induktion giver mange fordele, som ikke kan opnås på andre måder, og giver forbedret produktionseffektivitet og bedre driftsforhold, da der ikke er nogen væsentlig udledning af varme til omgivelserne. Systemet er særligt velegnet til reaktionsprocesser med tæt kontrol som f.eks. produktion af syntetiske harpikser i et farligt område.

Som hver beholder til induktionsopvarmning er skræddersyet til hver enkelt kundes specifikke behov og krav, og vi tilbyder forskellige størrelser med forskellige opvarmningshastigheder. Vores ingeniører har mange års erfaring med at udvikle specialbyggede Induktionsvarmesystemer til en lang række anvendelser i en lang række industrier. Varmelegemer er designet til at passe til de præcise krav i processen og er konstrueret til hurtig montering på beholderen enten på vores fabrik eller på stedet.

UNIKKE FORDELE

- Ingen fysisk kontakt mellem induktionsspolen og den opvarmede beholdervæg.
- Hurtig opstart og nedlukning. Ingen termisk inerti.
- Lavt varmetab
- Præcisionsstyring af produkt- og beholdervægstemperatur uden overskydning.
- Højt energiinput. Ideel til automatisk eller mikroprocessorstyring
- Sikkert fareområde eller standard industriel drift ved netspænding.
- Forureningsfri, ensartet opvarmning med høj effektivitet.
- Lave driftsomkostninger.
- Arbejder ved lav eller høj temperatur.
- Enkel og fleksibel at betjene.
- Minimum vedligeholdelse.
- Ensartet produktkvalitet.
- Varmeapparatet er selvstændigt på fartøjet, hvilket giver et minimalt behov for gulvplads.

Design af induktionsvarmespoler fås til at passe til metalbeholdere og tanke i de fleste former og faconer, der bruges i dag. Fra nogle få centimeter til flere meter i diameter eller længde. Mildt stål, beklædt mildt stål, massivt rustfrit stål eller ikke-jernholdige beholdere kan alle opvarmes med succes. Generelt anbefales en vægtykkelse på mindst 6 mm.

Designet af enhederne spænder fra 1 kW til 1500 kW. Med induktionsvarmesystemer er der ingen grænse for den tilførte effekttæthed. Enhver begrænsning, der findes, pålægges af produktets maksimale varmeabsorptionskapacitet, processen eller de metallurgiske egenskaber ved beholderens vægmateriale.

Induktionsopvarmning har alle fordelene ved elektricitet, der føres direkte til processen og omdannes til varme, præcis hvor der er brug for den. Da opvarmningen sker direkte i beholdervæggen i kontakt med produktet, og varmetabet er ekstremt lavt, er systemet meget effektivt (op til 90%).

Induktionsopvarmning giver mange fordele, som ikke kan opnås på andre måder, og giver forbedret produktionseffektivitet og bedre driftsforhold, da der ikke er nogen væsentlig varmeafgivelse til omgivelserne.

Typiske industrier, der bruger induktion til procesopvarmning:

- Reaktorer og kedler
- Klæbestof og særlige belægninger
- Kemi, gas og olie
- Fødevareforarbejdning
- Metallurgi og metalforarbejdning

- Forvarmning af svejsning
- Belægning
- Opvarmning af skimmelsvamp
- Passer og passer ikke
- Termisk samling
- Tørring af fødevarer
- Opvarmning af rørledningsvæske
- Opvarmning og isolering af tanke og beholdere

HLQ Induction In-Line Heater-arrangementet kan bruges til applikationer, der inkluderer:

- Luft- og gasopvarmning til kemi- og fødevareindustrien
- Opvarmning af varm olie til proces- og spiseolier
- Fordampning og overophedning: Øjeblikkelig dampforøgelse, lav og høj temperatur/tryk (op til 800ºC ved 100 bar)

Tidligere projekter med beholdere og kontinuerlige varmelegemer omfatter:

Reaktorer og kedler, autoklaver, procesbeholdere, opbevarings- og bundfældningstanke, bade, kar og destillationsbeholdere, trykbeholdere, fordampere og overhedere, varmevekslere, roterende tromler, rør, beholdere med dobbeltbrændstofopvarmning

Tidligere In-Line Heater-projekter omfatter:

Superopvarmede højtryksdampvarmere, regenerative luftvarmere, smøreolievarmere, varmere til spiselig olie og madolie, gasvarmere, herunder nitrogen, nitrogen-argon og katalytisk rig gas (CRG).

Induktionsopvarmning er en berøringsfri metode til selektiv opvarmning af elektrisk ledende materialer ved at anvende et vekslende magnetfelt til at inducere en elektrisk strøm, kendt som en hvirvelstrøm, i materialet, kendt som en susceptor, hvorved susceptoren opvarmes. Induktionsopvarmning har været brugt i den metallurgiske industri i mange år til opvarmning af metaller, f.eks. smeltning, raffinering, varmebehandling, svejsning og lodning. Induktionsopvarmning praktiseres over en bred vifte af frekvenser, fra vekselstrømsfrekvenser helt ned til 50 Hz og op til frekvenser på titusindvis af MHz.

Ved en given induktionsfrekvens øges induktionsfeltets varmeeffektivitet, når der er en længere ledningsvej i et objekt. Store faste emner kan opvarmes med lavere frekvenser, mens små genstande kræver højere frekvenser. For en given størrelse genstand, der skal opvarmes, giver en for lav frekvens en ineffektiv opvarmning, da energien i induktionsfeltet ikke genererer den ønskede intensitet af hvirvelstrømme i genstanden. For høj frekvens medfører derimod uensartet opvarmning, da energien i induktionsfeltet ikke trænger ind i genstanden, og der kun induceres hvirvelstrømme på eller nær overfladen. Induktionsopvarmning af gasgennemtrængelige metalstrukturer er dog ikke kendt i den kendte teknik.

Gængse processer til katalytiske reaktioner i gasfasen kræver, at katalysatoren har et stort overfladeareal, så de reagerende gasmolekyler har maksimal kontakt med katalysatorens overflade. De kendte processer bruger typisk enten et porøst katalysatormateriale eller mange små katalytiske partikler, der er passende understøttet, for at opnå det nødvendige overfladeareal. Disse kendte processer er afhængige af ledning, stråling eller konvektion for at give den nødvendige varme til katalysatoren. For at opnå en god selektivitet i den kemiske reaktion skal alle dele af reaktanterne opleve en ensartet temperatur og et ensartet katalytisk miljø. For en endoterm reaktion skal varmetilførslen derfor være så ensartet som muligt over hele det katalytiske lags volumen. Både ledning og konvektion samt stråling er i sagens natur begrænsede i deres evne til at give den nødvendige hastighed og ensartethed i varmetilførslen.

GB Patent 2210286 (GB '286), som er typisk for den kendte teknik, viser, hvordan man monterer små katalysatorpartikler, som ikke er elektrisk ledende, på en metallisk understøtning eller doping af katalysatoren for at gøre den elektrisk ledende. Den metalliske understøtning eller dopingmaterialet opvarmes ved induktion og opvarmer igen katalysatoren. Dette patent viser brugen af en ferromagnetisk kerne, der passerer centralt gennem katalysatorbedet. Det foretrukne materiale til den ferromagnetiske kerne er siliciumjern. Selvom apparatet i GB-patent 2210286 er nyttigt til reaktioner op til ca. 600 grader C, lider det af alvorlige begrænsninger ved højere temperaturer. Den magnetiske permeabilitet i den ferromagnetiske kerne ville forringes betydeligt ved højere temperaturer. Ifølge Erickson, C. J., "Handbook of Heating for Industry", s. 84-85, begynder jerns magnetiske permeabilitet at forringes ved 600 C og er effektivt væk ved 750 C. Da magnetfeltet i katalysatorbedet i arrangementet i GB '286 afhænger af den ferromagnetiske kernes magnetiske permeabilitet, ville et sådant arrangement ikke effektivt opvarme en katalysator til temperaturer på over 750 C, endsige nå de mere end 1000 C, der kræves til produktion af HCN.

Apparatet i GB Patent 2210286 menes også at være kemisk uegnet til fremstilling af HCN. HCN fremstilles ved at lade ammoniak og en kulbrintegas reagere. Det er kendt, at jern forårsager nedbrydning af ammoniak ved høje temperaturer. Det antages, at jernet i den ferromagnetiske kerne og i katalysatorstøtten i reaktionskammeret i GB '286 ville forårsage nedbrydning af ammoniakken og hæmme, snarere end fremme, den ønskede reaktion mellem ammoniak og en kulbrinte til dannelse af HCN.

Hydrogencyanid (HCN) er et vigtigt kemikalie med mange anvendelser i den kemiske industri og mineindustrien. For eksempel er HCN et råmateriale til fremstilling af adiponitril, acetone cyanohydrin, natriumcyanid og mellemprodukter til fremstilling af pesticider, landbrugsprodukter, chelateringsmidler og dyrefoder. HCN er en meget giftig væske, der koger ved 26 grader C., og som sådan er den underlagt strenge emballage- og transportregler. I nogle anvendelser er der brug for HCN på fjerntliggende steder langt fra store HCN-fabrikker. Forsendelse af HCN til sådanne steder indebærer store farer. Ved at producere HCN på de steder, hvor det skal bruges, undgår man de farer, der er forbundet med transport, opbevaring og håndtering. Det ville ikke være økonomisk muligt at producere HCN i lille skala på stedet ved hjælp af kendte processer. Men det er teknisk og økonomisk muligt at producere HCN på stedet i både lille og stor skala ved hjælp af den foreliggende opfindelses processer og apparater.

HCN kan produceres, når forbindelser, der indeholder brint, kvælstof og kulstof, bringes sammen ved høje temperaturer, med eller uden en katalysator. For eksempel fremstilles HCN typisk ved en reaktion mellem ammoniak og et kulbrinte, en reaktion, der er meget endoterm. De tre kommercielle processer til fremstilling af HCN er Blausaure aus Methan und Ammoniak (BMA), Andrussow og Shawinigan-processerne. Disse processer adskiller sig fra hinanden ved metoden til varmeudvikling og -overførsel, og ved om der anvendes en katalysator.

Andrussow-processen bruger den varme, der genereres ved forbrænding af en kulbrintegas og ilt i reaktorvolumenet, til at tilvejebringe reaktionsvarmen. BMA-processen bruger den varme, der genereres af en ekstern forbrændingsproces, til at opvarme reaktorvæggenes ydre overflade, som igen opvarmer den indre overflade af reaktorvæggene og dermed giver reaktionsvarmen. Shawinigan-processen bruger en elektrisk strøm, der flyder gennem elektroder i en fluidiseret seng, til at tilvejebringe reaktionsvarmen.

I Andrussow-processen omsættes en blanding af naturgas (en kulbrintegasblanding med et højt indhold af metan), ammoniak og ilt eller luft i nærvær af en platinkatalysator. Katalysatoren består typisk af et antal lag af platin/rhodium-trådgaze. Mængden af ilt er sådan, at den delvise forbrænding af reaktanterne giver tilstrækkelig energi til at forvarme reaktanterne til en driftstemperatur på over 1000° C samt den nødvendige reaktionsvarme til dannelse af HCN. Reaktionsprodukterne er HCN, H2, H2O, CO, CO2 og spormængder af højere nitritter, som derefter skal adskilles.

I BMA-processen flyder en blanding af ammoniak og metan inde i ikke-porøse keramiske rør lavet af et ildfast materiale med høj temperatur. Indersiden af hvert rør er foret eller belagt med platinpartikler. Rørene placeres i en højtemperaturovn og opvarmes eksternt. Varmen ledes gennem den keramiske væg til katalysatorens overflade, som er en integreret del af væggen. Reaktionen foregår typisk ved 1300° C, når reaktanterne kommer i kontakt med katalysatoren. Den nødvendige varmeflux er høj på grund af den høje reaktionstemperatur, den store reaktionsvarme og det faktum, at der kan ske en forkoksning af katalysatoroverfladen under reaktionstemperaturen, hvilket deaktiverer katalysatoren. Da hvert rør typisk er ca. 1″ i diameter, er der brug for et stort antal rør for at opfylde produktionskravene. Reaktionsprodukterne er HCN og brint.

I Shawinigan-processen leveres den energi, der er nødvendig for at få en blanding bestående af propan og ammoniak til at reagere, af en elektrisk strøm, der løber mellem elektroder, der er nedsænket i en fluidiseret seng af ikke-katalytiske kokspartikler. Fraværet af en katalysator samt fraværet af ilt eller luft i Shawinigan-processen betyder, at reaktionen skal køre ved meget høje temperaturer, typisk over 1500 grader C. De højere temperaturer, der kræves, stiller endnu større krav til processens konstruktionsmaterialer.

Selvom det, som beskrevet ovenfor, er kendt, at HCN kan produceres ved reaktion mellem NH3 og en kulbrintegas, såsom CH4 eller C3H8, i nærvær af en Pt-gruppemetalkatalysator, er der stadig behov for at forbedre effektiviteten af sådanne processer og beslægtede processer for at forbedre økonomien i HCN-produktion, især til produktion i lille skala. Det er især vigtigt at minimere energiforbruget og ammoniakgennembruddet, samtidig med at HCN-produktionshastigheden maksimeres i forhold til den anvendte mængde ædelmetalkatalysator. Desuden bør katalysatoren ikke påvirke produktionen af HCN negativt ved at fremme uønskede reaktioner som f.eks. koksdannelse. Desuden ønsker man at forbedre aktiviteten og levetiden af de katalysatorer, der anvendes i denne proces. En stor del af investeringen i produktionen af HCN ligger i platin-katalysatoren. Den nuværende opfindelse opvarmer katalysatoren direkte i stedet for indirekte som i den kendte teknik og opfylder dermed disse ønsker.

Som tidligere omtalt er det kendt, at relativt lavfrekvent induktionsopvarmning giver en god ensartethed i varmetilførslen ved høje effektniveauer til genstande, der har relativt lange elektriske ledningsveje. Når reaktionsenergien leveres til en endoterm katalytisk gasfasereaktion, skal varmen leveres direkte til katalysatoren med et minimalt energitab. Kravene til ensartet og effektiv varmetilførsel til en gasgennemtrængelig katalysatormasse med stort overfladeareal synes at være i konflikt med induktionsopvarmningens muligheder. Den foreliggende opfindelse er baseret på uventede resultater opnået med en reaktorkonfiguration, hvor katalysatoren har en ny strukturel form. Denne strukturelle form kombinerer egenskaberne ved: 1) en effektiv lang elektrisk ledningsvejslængde, som letter effektiv direkte induktionsopvarmning af katalysatoren på en ensartet måde, og 2) en katalysator med et stort overfladeareal; disse egenskaber samarbejder om at lette endoterme kemiske reaktioner. Den fuldstændige mangel på jern i reaktionskammeret letter produktionen af HCN ved reaktionen mellem NH3 og en kulbrintegas.

Reaktorer til induktionsopvarmning af beholdere