本发明涉及流体反应处理。特别地，本发明的示例涉及(再生)流体反应器设备，特别是涉及(再生)流体净化设备以及用于操作(再生)流体反应器设备的方法。
背景技术：
1、使用填充有陶瓷材料的传热床用于排出气体净化的常规热氧化系统在进入的排出气流中受高温可冷凝成分和酸性成分的影响。这些成分会造成例如路径污染、表面堵塞和腐蚀性磨损。为了防止腐蚀性磨损，热氧化系统的可能与进入的气流接触的任何部件都需要选择耐腐蚀材料。需要进一步的对策，例如定期热烘烤、使用吹灰器(或类似设备)、冲洗、手动清洁或超声清洁，以抵消常规热氧化系统中的路径污染和表面堵塞。这些对策中的每一个都会导致热氧化系统的停机时间(即，不可能通过热氧化系统净化排出气流的时间)。
2、因此，可能需要诸如排气之类的流体的改进的反应处理，特别是净化。
技术实现思路
1、该请求可以通过一种流体反应器设备和一种用于操作流体反应器设备的方法来满足。
2、根据第一方面，本发明提供一种(再生)流体反应器设备，特别是(再生)流体净化设备。流体反应器设备包括传热床。传热床包括储热材料。流体反应器设备还包括加热器，加热器被配置为在供应到传热床的流体到达储热材料之前或在该流体进入相应腔室之前将该流体加热到预定温度。
3、根据第二方面，本发明提供一种用于操作上述流体反应器设备的方法。该方法包括在供应到传热床的流体到达储热材料之前或在该流体进入相应腔室之前将该流体加热到预定温度。
4、通过在流体到达储热材料之前或在流体进入相应腔室之前将流体(预)加热到预定温度，可以避免各种影响，例如流体反应器设备内的流体流动路径的污染、流体反应器设备内的反应表面的堵塞以及流体反应器设备的部件的腐蚀性磨损。由于可以通过将流体加热到预定温度来避免腐蚀性磨损，因此可能与流体接触的流体反应器设备的部件不需要是耐腐蚀的。由于这些部件不需要耐腐蚀，因此与常规系统相比，可以使用价格较低的材料。此外，由于可以通过将流体加热到预定温度来避免流体流动路径的污染和反应表面的堵塞，因此不需要耗时的对策。因此，与常规系统相比，可以减少流体反应器设备的停机时间。
5、例如，预定温度可以(远)高于流体组分的最高露点(温度)，或者至少(远)高于对腐蚀性磨损等至关重要的流体组分的最高露点。将供应到传热床的流体加热到高于流体组分的最高露点的温度可以允许确保流体组分不会冷凝出气相。换言之，将供应到传热床的流体加热到高于流体组分的最高露点的温度可以允许确保流体基本上只包含气体组分。因此，可以避免流体反应器设备内的流体流动路径的污染和反应表面的堵塞以及流体反应器设备的部件的腐蚀性磨损。
6、根据本发明的一些示例，加热器被配置为使用/利用来自传热床和/或储热材料的热量来加热供应到传热床的流体。当流体在流过储热材料时发生反应时，储热材料会产生并存储多余热量。使用由储热材料存储的多余热量可以允许至少减少加热供应到传热床的流体所需的来自外部来源的热量或能量。在一些示例中，可能不需要来自外部来源的热量或能量来加热供应到传热床的流体。换言之，加热器可以被配置为唯一地(仅)使用来自储热材料的热量来加热供应到传热床的流体。使用来自储热材料的热量来加热供应到传热床的流体可以允许增加流体反应器设备的能量效率，并且因此允许减少流体反应器设备的总能耗。替代地或附加地，加热器可以包括或是再生加热器，再生加热器使用从传热床排出的反应流体回收的热量。例如，加热器可以被配置为使用/利用从先前从传热床排出的反应流体回收的热量来加热供应到传热床的流体。在替代或附加的示例中，加热器可以被配置为使用/利用从同时(同时、并行)从传热床排出的反应流体回收的热量来加热供应到传热床的流体。当反应流体从传热床排出时，反应流体仍然是热的。回收并使用反应流体的热量用于随后或同时加热流体可以允许进一步提高流体反应器设备的效率。为了利用来自反应流体的热量来加热供应到传热床的流体，加热器可以例如包括储热材料(例如储热块(例如陶瓷储热块或蜂窝块))，以从反应流体回收热量并且可选地将热量释放到流体。在其他示例中，加热器可以被配置为将由储热材料回收的热量传递到供应到传热床的流体。
7、在本发明的一些示例中，加热器包括热交换器、加热管、导热体(例如热油回路(thermal oil circuit))和热泵中的至少一个，热交换器、加热管、导热体(例如热油回路)和热泵被配置为可控制地将热量从储热材料传递到供应到传热床的流体。热交换器、加热管、导热体和热泵中的至少一个可以特别地被配置为将热量从传热床的内部区或区域或者从传热床内的反应区旁边的区域传递到供应到传热床的流体。替代地或附加地，热交换器、加热管、导热体和热泵中的至少一个被配置为可控制地将从反应流体回收的热量传递到供应到传热床的流体。热交换器、加热管以及导热体允许以高效且可控制的方式将来自储热材料的热量和/或从反应流体回收的热量传递到供应到传热床的流体。因此，热交换器、加热管以及导热体允许利用来自传热床的热量或来自反应流体的回收热量来可控制地加热供应到传热床的流体。例如，热交换器可以是气体-气体热交换器和气体-流体-气体热交换器中的一个。来自传热床的热量或来自反应流体的回收热量也可以用作热泵的输入，使得热泵可以将给定的热量传递(“泵送”)给供应到传热床的流体。热量的传递只需要很小的功，因此也只需要很少的外部能量输入。例如，输入的外部能量可以是来自可再生来源的电力。
8、根据本发明的一些示例，加热器包括电加热器，电加热器被配置为可控制地加热供应到传热床的流体。使用电加热器用于加热供应到传热床的流体可以允许利用来自可再生来源的电力以高效且可控制的方式来加热流体。例如，电加热器可以与来自储热材料的热量结合使用，用于加热供应到传热床的流体。
9、在本发明的一些示例中，流体反应器设备还包括控制电路，控制电路被配置为控制由加热器传递到流体的热量的量。通过控制由加热器传递到流体的热量的量，可以将流体的温度动态地控制到预定温度。此外，控制电路可以允许基于各种参数来控制由加热器传递到流体的热量的量，从而控制流体的温度，各种参数诸如流体的成分、流体在加热之前的温度、流体在加热之后的温度和/或流体的体积流速。
10、例如，流体反应器设备可以进一步包括温度传感器，温度传感器被配置为测量经过加热器之后供应到传热床的流体的温度。换言之，温度传感器被配置为测量流体在加热之后的温度。控制电路可以相应地被配置为基于温度传感器的测量数据来控制由加热器传递到流体的热量的量。基于测量到的流体在经过加热器之后的温度来控制由加热器传递到流体的热量的量可以允许调节传递的热量的量，使得流体在经过加热器之后的温度(基本上)是预定温度。替代地或附加地，流体反应器设备可以进一步包括相应传感器，相应传感器被配置为测量流体的组分、流体在加热之前(即，经过加热器之前)的温度以及流体的体积流速。控制电路可以相应地被配置为基于相关应传感器的测量数据来控制由加热器传递到流体的热量的量。基于测量的量控制由加热器传递到流体的热量的量可以允许更精确地调节传递的热量的量，使得流体在经过加热器之后的温度(基本上)是预定温度。
11、在本发明的一些示例中，流体反应器设备还包括流体地耦接至传热床的第一开口的第一腔室和流体地耦接至传热床的第二开口的第二腔室。第一腔室和第二腔室被配置为交替地将流体供应到传热床，使得流体在流过储热材料时加热并反应。在第一腔室和第二腔室中的一个被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，第一腔室和第二腔室中的另一个被配置为从传热床排出反应流体。流体经过储热材料的流动方向的周期性反转可以允许保持储热材料的高的热交换效率(例如，高于95％)。因此，流体反应器设备可以回收在传热床中维持所需反应温度(例如，氧化温度或还原温度)所需的基本上所有的热量。因此，流体反应器设备可以被理解为再生流体反应器设备。
12、根据本发明的一些实施例，加热器包括用于接触流体的第一接触结构和用于接触流体的第二接触结构。流体反应器设备还包括控制电路，控制电路被配置为控制加热器以在第一腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，经由第一接触结构加热供应到传热床的流体。控制电路还被配置为控制加热器以在第二腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，经由第二接触结构加热供应到传热床的流体。借助于控制电路以及第一接触结构和第二接触结构，在第一腔室和第二腔室中的相应一个被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，可以以可控制的方式选择性地加热供应到传热床的流体。
13、在本发明的一些示例中，第一接触结构布置在第一腔室的第一部分中，在第一腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，流体在到达第一腔室的第二部分之前经过第一腔室的第一部分。第一腔室的第二部分面向第一开口。换言之，在第一腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，流体首先经过第一腔室的第一部分，然后经过第一腔室的第二部分。通过将第一接触结构布置在第一腔室的第一部分中，在第一腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，供应到传热床的流体可以在其到达储热材料之前被(预)加热。此外，第一接触结构充分靠近传热床，用于有效地将热量从储热材料传递到第一接触结构，从而使第一接触结构能够利用来自储热材料的热量来加热流体。
14、根据本发明的一些示例，第二接触结构正交地布置在第二腔室的第一部分中，在第二腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，流体在到达第二腔室的第二部分之前经过第二腔室的第一部分。第二腔室的第二部分面向第二开口。换言之，在第二腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，流体首先经过第二腔室的第一部分，然后经过第二腔室的第二部分。通过将第二接触结构布置在第二腔室的第一部分中，在第二腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，供应到传热床的流体可以在其到达储热材料之前被(预)加热。此外，第二接触结构充分地靠近传热床，用于有效地将热量从储热材料传递到第二接触结构，从而使第二接触结构能够利用来自储热材料的热量来加热流体。
15、在本发明的替代示例中，第一接触结构布置在第一开口的边缘处，使得在第一腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，供应到传热床的流体在到达储热材料之前经过第一接触结构。换言之，第一接触结构布置在第一开口的边缘和储热材料之间。因此，当流体沿着第一腔室朝向传热床行进时，它首先经过第一接触结构以加热，然后才到达储热材料。通过将第一接触结构布置在第一开口的边缘处，在第一腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，供应到传热床的流体可以在其到达储热材料之前被(预)加热。此外，由于第一接触结构布置在储热材料的紧邻处，因此热量可以有效地从储热材料传递到第一接触结构，以便使第一接触结构能够利用来自储热材料的热量来加热流体。
16、根据本发明的一些示例，第二接触结构正交地布置在第二开口的边缘处，使得在第二腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，供应到传热床的流体在到达储热材料之前经过第二接触结构。因此，当流体沿着第二腔室朝向传热床行进时，它首先经过第二接触结构以加热，然后才到达储热材料。通过将第二接触结构布置在第二开口的边缘处，在第二腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，供应到传热床的流体可以在其到达储热材料之前被(预)加热。此外，由于第二接触结构布置在储热材料的紧邻处，因此热量可以有效地从储热材料传递到第二接触结构，以便使第二接触结构能够利用来自储热材料的热量来加热流体。
17、如上所述，在本发明的一些示例中，控制电路还被配置为控制加热器在第一腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，将热量从储热材料传递到第一接触结构。类似地，控制电路被配置为控制加热器在第二腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间，将热量从储热材料传递到第二接触结构。借助于第一接触结构和第二接触结构中的相应一个，使用来自储热材料的热量来加热流体，可以允许至少减少对供应到传热床的流体进行加热所需的来自外部来源的热量或能量的量。在一些示例中，可能不需要来自外部来源的热量或能量来对供应到传热床的流体进行加热。使用来自储热材料的热量来对供应到传热床的流体进行加热可以允许增加流体反应器设备的能量效率，并且因此允许减少流体反应器设备的总能耗。控制电路还可以被配置为在第一腔室被配置为将流体供应到传热床的时间段期间控制加热器不将热量从储热材料传递到第二接触结构，反之亦然。因此，热量可以仅传递到当前将流体供应到传热床的相应腔室中的相应接触结构。
18、根据本发明的一些示例，流体反应器设备还包括被配置为接收流体的入口和耦接在入口与第一腔室和第二腔室中的每一个之间的流体分布系统。流体分布系统被配置为将入口耦接至第一腔室或第二腔室。流体反应器设备还包括控制电路，控制电路被配置为控制加热器以经由加热器的一个或更多个接触结构对供应到传热床的流体进行加热。一个或更多个接触结构布置在入口和流体分布系统之间和/或集成到流体分布系统中。通过在入口和流体分布系统之间布置一个或更多个接触结构、和/或将一个或更多个接触结构集成到流体分布系统中，供应到传热床的流体可以在其进入相应腔室之前被(预)加热。
19、在本发明的一些示例中，流体反应器设备还包括出口，出口被配置为释放反应流体。在这些示例中，流体分布系统被配置为将第一腔室和第二腔室中未耦接至入口的一个腔室耦接至出口。也就是说，流体分布系统不仅管理流体到第一腔室和第二腔室的分布，还管理反应流体从流体反应器设备的排出。
20、根据本发明的一些示例，流体反应器设备还包括电加热器，电加热器被配置为将储热材料加热到适合流体的热反应的另一预定义温度。电加热器可以允许最初将储热材料加热到其他预定义温度。电加热器的至少部分可以布置在传热床中，使得储热材料围绕电加热器的至少部分。换言之，电加热器的至少部分可以嵌入储热材料中。
21、在本发明的一些示例中，一个或更多个中空体布置在储热材料中。一个或更多个中空体的内部容积(即，内部)可从传热床的外部接近。例如，一个或更多个(例如，可关闭或可密封的)服务开口可以形成在围绕储热材料的传热床的壁中，并且连接(耦接)到一个或更多个中空体，使得一个或更多个中空体的内部容积可经由一个或更多个服务开口接近。电加热器的至少部分可拆卸地布置在一个或更多个中空体中。将电加热器的至少部分可拆卸地布置在一个或更多个中空体中可以允许容易地接近流体反应器设备和/或从流体反应器设备移除电加热器以进行检查、维护等。特别地，将电加热器的至少部分布置在一个或更多个中空体中可以允许在不从传热床移除储热材料的情况下接近和/或移除电加热器。这不仅可以简化电加热器的检查、维护等，还可以减少流体反应器设备的停机时间，因为储热材料不需要从传热床移除。此外，将电加热器的至少部分布置在一个或更多个中空体中可以允许促进电加热器的安装。
22、根据本发明的一些示例，用于降低流体的反应温度的催化剂材料布置在传热床内。由于催化剂材料，可以降低流体反应所需的温度，使得流体反应器设备可以在较低的温度下操作。
23、在本发明的一些示例中，传热床包括围绕储热材料并在第一腔室和第二腔室之间延伸的隔热壁。在这些示例中，第一开口和第二开口形成在隔热壁中。隔热壁可以允许最小化传热床上的热损失。
24、根据本发明的一些示例，第一腔室的壳体至少部分地由隔热材料形成和/或至少部分地被隔热材料覆盖。隔热材料可以允许最小化第一腔室的壳体上的热损失。类似地或替代地，第二腔室的壳体可以至少部分地由隔热材料形成和/或至少部分地被隔热材料覆盖，以最小化第二腔室的壳体上的热损失。
1.一种流体反应器设备(100、100’、200、300)，特别是一种流体净化设备，包括：
2.根据权利要求1所述的流体反应器设备(100’、200、300)，其中，所述加热器(140)被配置为使用来自所述传热床(110)和/或所述储热材料(115)的热量和/或从先前从所述传热床(110)排出的反应流体(101’)回收的热量和/或从同时由所述传热床(110)排出的反应流体(101’)回收的热量，对供应到所述传热床(110)的流体(101)进行加热。
3.根据权利要求2所述的流体反应器设备(100’、200、300)，其中，所述加热器(140)包括热交换器、加热管、导热体和热泵(144)中的至少一个，所述热交换器、加热管、导热体和热泵(144)被配置为可控制地将来自所述储热材料(115)的热量和/或从所述反应流体(101’)回收的热量传递到供应到所述传热床(110)的流体(101)。
4.根据权利要求3所述的流体反应器设备(100’、200、300)，其中，所述热交换器是气体-气体热交换器和气体-流体-气体热交换器中的一个。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的流体反应器设备(100’、200、300)，其中，所述加热器(140)包括电加热器(143)，所述电加热器(143)被配置为可控制地加热供应到所述传热床(110)的流体(101)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的流体反应器设备(100’、200、300)，还包括控制电路(150)，所述控制电路(150)被配置为控制由所述加热器(140)传递到所述流体(101)的热量的量。
7.根据权利要求6所述的流体反应器设备(100’、200、300)，还包括温度传感器，所述温度传感器被配置为测量经过所述加热器(140)之后供应到所述传热床(110)的流体(101)的温度，其中，所述控制电路(150)被配置为基于所述温度传感器的测量数据来控制由所述加热器(140)传递到所述流体(101)的热量的量。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的流体反应器设备(100’、200、300)，还包括：
9.根据权利要求8所述的流体反应器设备(100’、200、300)，其中，所述加热器(140)包括用于接触所述流体(101)的第一接触结构(141)以及用于接触所述流体(101)的第二接触结构(142)，并且其中，所述流体反应器设备(100、200、300)还包括控制电路(150)，所述控制电路(150)被配置为控制所述加热器(140)，以：
10.根据权利要求9所述的流体反应器设备(100’)，其中，所述第一接触结构(141)布置在所述第一腔室(120)的第一部分中，在所述第一腔室(120)被配置为将所述流体(101)供应到所述传热床(110)的时间段期间，所述流体(101)在到达所述第一腔室(120)的第二部分之前经过所述第一腔室(120)的第一部分，所述第一腔室(120)的第二部分面向所述第一开口(111)。
11.根据权利要求9所述的流体反应器设备(100’)，其中，所述第二接触结构(142)布置在所述第二腔室(130)的第一部分中，在所述第二腔室(130)被配置为将所述流体(101)供应到所述传热床(110)的时间段期间，所述流体(101)在到达所述第二腔室(130)的第二部分之前经过所述第二腔室(130)的第一部分，所述第二腔室(130)的第二部分面向所述第二开口(112)。
12.根据权利要求9所述的流体反应器设备(200)，其中，所述第一接触结构(141)布置在所述第一开口(111)的边缘处，使得在所述第一腔室(120)被配置为将所述流体(101)供应到所述传热床(110)的时间段期间，供应到所述传热床(110)的流体(101)在到达所述储热材料(115)之前经过所述第一接触结构(141)。
13.根据权利要求9所述的流体反应器设备(200)，其中，所述第二接触结构(142)布置在所述第二开口(112)的边缘处，使得在所述第二腔室(130)被配置为将所述流体(101)供应到所述传热床(110)的时间段期间，供应到所述传热床(110)的所述流体(101)在到达所述储热材料(115)之前经过所述第二接触结构(142)。
14.根据权利要求9所述的流体反应器设备(100’、200)，其中，所述控制电路(150)还被配置为控制所述加热器(140)，以：
15.根据权利要求8所述的流体反应器设备(300)，还包括：
16.根据权利要求1至4中任一项所述的流体反应器设备(100、100’、200、300)，其中，所述预定温度高于所述流体的组分的最高露点。
17.一种用于操作根据权利要求1至16中任一项所述的流体反应器设备的方法(400)，所述方法(400)包括：
