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"Verfahren und Vorrichtung zur Beaufschlagung der Rohre von Röhrenöfen"
Die Erfindung richtet sich auf Verfahren zur Beaufschlagung der Rohre von Röhrenöfen
sowie auf zur Durchführung dieser Verfahren geeignete Vorrichtungen.
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Unter anderem ist es bei Röhrenöfen, in deren Rohren chemische Reaktionen,
beispielsweise die Aufspaltung von lÇohlenwasserstoffen, stattfinden sollen, von
grosser Bedeutung, daß sämtliche Rohre des Röhrenofens möglichst gleichmässig beaufschlagt
werden, und zwar unabhängig von der Änderung der Ofengesamtbeaufschlagung oder von
fiderstandscinderungen im Ofen selbst bzw. im nachfolgenden Rohrsystem. Dies ist
deshalb sehr wichtig, weil beispielsweise durch eine zu niedrige Beaufschlagung
eines Teiles der Reaktionsrohre deren Wandmaterial nicht mehr genügend gekühlt werden
kann, so daß die Gefahr besteht, es unzulässig zu überhitzen und in der Folge zu
zerstören. Auch gibt es bestimmte Reaktionen, bei denen eine solche zu
grosse
bzw. in anderen Rohren zu geringe Wärmezufuhr zur Abscheidung von Russ oder Teer
oder ähnlichen verstopfenden Substanzen in den beispielsweise mit Katalysatorsubstanz
gefüllten ohren führt. Daraus resultieren wieder Umsatzeinbußen und Pro duktionsunterbrechu8ngen
infolge schneller erforderlich werdender Regenerationsin-tervalleO Um eine möglichst
gleichmässige Beaufschlagung sämtlicher Rohre eines Röhrenofens zu erzielen, hat
man bereits vorgeschlagen, beispielsweise bei Verfahren zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen
in Gegenwart von Wasserdampf und Tiuft konzentrisch zur Ofenachse eine -sogenannte
Verteilerspinne unmittelbar über den einzelnen Reaktionsrohren und der eigentlichen
Ofendecke anzuordnen, welche gleichzeitig als Mischkammer und Verteiler dient, Die
verschiedenen Medien werden hierbei vor der Mischkammer jedes für sich auf gleichen
Druck eingeregelt und erst dann zusammengeführt. Von der Mischkammer aus führen
dann zu jedem Reaktionsrohr flexible Leitungen gleicher Längen und Querschnitte,
uiil derart gleiche Strömungswiderstände und folglich eine gleichmässige Beaufschlagung
aller Rohre zu erreichen.
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Da aber bei dieser bekannten Verfahrensart die Druckdifferenz zwischen
Hischkammer und Rohrinnerem sehr gering ist, lösen schon'relativ kleine Besonderheiten
der einzelnen Rohre, wie z.B. unterschiedlich dichte Katalysatorschüttungen
oder
strömungsunterschiedliche Ableitungen weiterhin oftmals beträchtliche ungleichmässige
beaufsclagungen der einzelnen Rohre und damit die vorstellend geschilderten Nachteile
aus.
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Weiterhin ist es bereits bekannt, die einzelnen Reaktionsrohre an
deren Eintrittsenden mit einfachen Lochblenden t-u versehen, um mittels dieser eine
gleichmässige BeauS-schlagung aller Rohre einzuregulieren, was naturgemäss sehr
schwierig ist, da ohne den Einbau zueätzlicher Kontrollinstrumente die genau richtige
Dosierung i@mer erst anhand der Ergebnisse längere Betriebszeiten festgestellt werden
kann. Ausserdem bietet die relativ geringe Druckdifferenz zwischen der Sammelleitung
unu den einzelnen Rohreintrittsenden nur einen relativ geringen Drosselbereich,
da man die Vordruckregulierung sowie die Mischung der verschiedenen Reaktionsteilnehmer
bei der zuletzt beschriebenen Verfahrens weise nach wie vor ausserhalb des Ofensystems
vor der Sammel-@leitung vornimmt. Ferner ist bei der zuletzt beschrieuenen Verfahrensweise
jedesmal eine Neuregulierung erforderlich, wenn sich die Gesamtbeaufschlagung des
Ofens ändert. ur Vermeidung dieser vorsteijend geschilderten Nachteile wird nun
erfindungsgemäss vorgeschlagen, daß das bzw. die den Rohren uzuführenden @eiden
mit einem wesentlich über den Arbeitsdruck in den rohren liegenden Druck bis an
jedes
Rohr herangeführt werden und die Entspannung * der Medien
auf den Arbeitsdruck im Rohr für jedes Rohr gesondert unmittelbar am Rohreintrittsende
erfolgt, wobei es sich als zweckmässig herausgestellt hat, den Zufuhrdruck des bzw.
der Medien mindestens 1,1 mal so hoch wie den lirbeitsdruck in den Rohren zu wählen.
Dadurch, daß erfindungsgemass nunmehr der Differenzdruck zwischen dem =Inneren der
verschiedenen Reaktionsrolire und den direkt in diese einmündenden zufuhrleitungen
vielfach grösser ist, als die sich aus unterschiedlicher Füllung oder Anströmung
bzw0 Abströmung ergebenden Druckverluste in den einzelnen Reaktionsrohren, wird
eine sehr viel gleichmässigere Beaufschlagung der einzelnen Reaktionsrohre erreicht,
und zwar unabhängig von der jeweiligen Gesamtbeaufschlagung des Röhrenofens. sEin
weiterer schwerwiegender Nachteil bei der bisher bekannten Art der Beaufschlagung
von solchen Röhrenöfen, bei denen mehrere Medien den Reaktionsrohren zugeführt werden,
besteht darin, daß schon bei der bisher vor dem eintrit in die Reaktionsrohre erfolgenden
Vermischung der verschiedenen @edien unerwünschte Reaktionen stattfinden können,
wobei z.B. Russbildungen auftreten können, durch die dann meis-tens vorhandenes
i'atalysa tormaterial an den Rohr eintritt senden verstopft werden kann, so daß
diese Eatalysatorschichten für die gewünschte Reaktion von vornherein ausfallen
Um
diesem Übelstand zu begegnen, ist daher ein relativ häufiges Regenerieren der Katalysatorfüllung
erforderlich, wodurch wiederum entsprechend oft Betriebsunterbrechungen notwendig
werden0 Natürlich kann man die unerwünschten Reaktionen auch dadurch vermeiden,
daß man die verschiedenen Leaktionamedien entsprechend gering vorwärmt, beispielsweise
bei der Spaltung von Kohlenwasserstoffen den hierbei erforderlichen Wasserdampf
nur relativ gering erhitzt, wodurclt jedoch wiederum der gesamte Wärmehaushalt eines
derart be-triebenen Röhrenofens sehr ungünstig wird, da dann die aniallende Abwärme
für die Vorwärmung der Einsatzmedien nicht mehr in vollem Umfang ausgenutzt werden
kann0 I-n weiterer Anwendung und Fortbildung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung
kann nun auch diesen Nachteilen dadurch begegnet werden, daß bei Zuführung von mehreren
medien jedes Medium gesondert zu jedem Rohreintrittsende derart geführt wird, daß
am Rohreintrittsende eine intensive Vermischung der verschiedenen Medien unter gleichzeitiger
Entspannung auf den Arbeitsdruck im Rohrinneren statt : findet. Hierdurch wird es
möglich, ohne nachteilige Nebenwirkungen befürchten zu müssen, beispielsweise bei
der Spaltung von Kohlenwasserstoffen, den hierfür erforderlicjien Wasserdampf relativ
hocherhitzt den Reaktionsrohren zuzuführen. Neben der damit verbundenen guten Ausnutzung
def Abwärme derartig betriebener Öfen ist hiermit insbesondere
auch
noch der verfahrensmässige Vorteil verbunden, daß eine sehr schnelle Aufheizung
des Reaktionsgemisches auf die erforderliche maximale Reaktionstemperatur stattfindet,
was für den optimalen Ablauf der Reaktion von ausschlaggebender Bedeutung ist. Durch
den einsatz möglichst hoch erhitzten trockenen Dampfes wird fernerhin die Mischung
mit den gasförmigen Kohlenwasserstoffen sehr erleichtert und infolge des hohen Wärmeinhaltes
desselben die Anfälligkeit gegen swohl für Katalysator als auch Rohrwandung schädliche
Kondenswasserabscheidungen, wie diese sonst leicht in der Anfahrzeit vorkommen können,
beseitigt.
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Ausserdem wird dadurch, daß aufgrund der erfindungsgemässen Verfahrensweise
ein wesentlich grösserer Teil der erforderlichen reaktionswärme durch die Reaktionsmedien
selbst zugeführt werden kann, die erforderliche Austauschfläche der Reaktionsrohre
und daulit das gesamte. ofenvolumen in erheblichem Maße reduzierbar0 Bei der Zufithrung
flüssiger, in den Rohren zu verdarmpfender Medien ist es zweckniässig, diese mit
einem derart hohen Druck zu den Entspannungsstellen der einzelnen Rohre zu führen,
daß bei der herrschenden Umgebungstemperatur eine Verdampfung der Medien vor den
Entspannungsstellen nicht eintritt.
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Sehr vorteilhaft ist es weiterhin, wenn man bei Zuführung mehrerer
Medien die Zufuhr jedes Mediums zu jedem=Rohr
unabhangig von der
Zufuhr der übrigen Medien steuerbar ausbildet, gegebenenfalls automatisch nach einem
bestimmten Programm.
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Hierdure@ ist man nämlich in der Lage, beispielsweise bei einem Verfahren
zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen, bei dem mit Katalysator gefüllten dohren Wasserdampf
und Kohlenwasserstoffe jedem Rohr gesondert zugeführt werden, alternierend die Zufuhr
der Kohlenwasserstoffe zu einzelnen Rohren bei normalem Weiterbetrieb der übrigen
Rohre solange zu unterbinden, bis der auf der Katalysatorfüllung abgesetzte Kohlenstoff
infolge der anhaltenden Wasser dampf zufuhr wieder vergast ist.
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Hierdurch wird dann nämlich nicht nur eine Betriebsunt@rbrechung infolge
notwendiger Regeneration des Katalysators hinfällig, sondern der auf dem Katalysator
abgelagerte Kohlenstoff kann durch die Wiedervergasung mittels des hocherhitzten
Wasserdampfes für die Prozessausbeute wieder nutzbar, gemacht werden.
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Auch@kann es vorteilhalft sein, die Zufuhr bestimmter Hedien zu allen
Rohsen @leichmässig in bestimmten Intervallen erfulUen ~% 1 lassen0 J)i e er findung
sgemäs se Verlegung d es Ent spannungsvorgange 5
unmittelbar in
den Bereich der Eintrittsenden der einzelnen Reaktionsrohre macht es weiterhin mit
sehr einfachen Mitteln möglich, daß eine an sich bekannte, bei manchen Reaktionen
vorteilhafte Rückführung eines Teilstromes des Endproduktes der Rohre ausschliesslich
durch eine bei der gesonderten Entspannung des bzw. der Zufuhrmedien an jedem hohreintrittsende
auftretende Saugwirkung für jedes Rohr gesondert erfolgt.
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Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete
Vorrichtung kennzeichnet sich durch eine am Sintrittsende jedes Rohres angeordnete
Entspannungsvorrichtung für das bzw0 die Zufuhr. von Medien des betreffenden Röhrenofens,
wobei die Entspannungsvorrichtung bei mehreren Zufuhr medien gleichzeitig als Mischvorrichtung
ausgebildet ist. hierbei lcann man beispielsweise zur Entspannung und Mischung eines
flüssig und eines gasförmig zugeführten Mediums die Zuführungsleitung für das flüssige
Medium in eine zentrisch angeordnete, sich kegelig erweiternde Düse einmünden lassen,
deren Wandung mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen und von einen Rbigraum umgeben
ist, in welche die Zuführungrsleitung für das gasförmige Medium einmündet. Es hat
sich gezeigt, das bei einer derartigen Ausbildung gleichzeitig mit der Entspannung
der beiden getrennt zugeführten Medien eine ausgezeichnete Vermischung derselben
unmittelbar an der Zusammenführungsstelle, d.h, innerhalb der sich kegelig erweiternden
Düse erreicht wird,
Für die Erzielung der Rückführung eines Teilstromes
des Endproduktes der einzelnen Reaktionsrohre ist eine Ausbildung sehr einfach und
vorteilhaft, bei der die Entspannungs- und Mischvorrichtung jedes Rohres am Sintrittsende
des Innenrohres eines an sich bekannten Gegenstromrohres angeordnet ist und am Eintritts-
bzw. Abführungsende desselben Offnungen im Innenrohr in derartiger Zuordnung zu
einer mit der Entspannungs- und Mischvorrichtung kombinierten Strahlsaugervorrichtung
vorgesehen sind, daß der gewünschte Teilstrom des Endproduktes vom zwischen Aus
sen-und Innenrohr gebildeten Ringraum zum Eintrittsende des Innenrohres zurückgesaugt
wird0 In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Rückführung des Teilstromes
zur Anpassung an sich ändernde Verhältnisse steuerbar zu machen. sies ist in sehr
einfacher Weise möglich, indem man die Rückführungsöffnungen für den Deilstrom steuerbar
ausbildet.
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Die erfindung ist anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Diese zeigt in 2ig. 1 in schematischer Barstellung die gesonderte Zuführung zweier
Medien zu jedem Eintrittsehde einer Reihe von aeMrtionsrohren,
Fig.
2 das Eintrittsende eines Reaktionsrohres gemäss Fig. 1 im Schnit-t, Fig, 3 ein
als Segenstromrohr ausgebildetes ßeaktionsrohr mit Strahlsaugervorrichtung zur Rückführung
eines beliebig einstellbaren Teilstromes des Endproduktes des betreffenden -Rohres,
und in Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines als Gegenstromrohr ausgebildeten
Reaktions@ohres zur Rückführung eines beliebig einstellbaren Teilstromes Die in
der Zeichnung wiedergegebene Anordnung soll beispielsweise zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen
dienen, wobei den einzelnen Reaktionsrohren 1 die Kohlenwasserstoffe in flüssigem
Zustand über die Sammellei tung 3 .und die einzelnen Stichleitungen 5 sowie der
für den Spaltvorgang erforderliche-iasserdampf über die Sammelleitung 2 und die
einzelnen Stichleitungen 4 zugeführt wird.
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Erfindungsgemäss werden die verschiedenen@@edien bis unmittelbar zum
Eintrittsende jedes Rohres mit eihem wesentlich über dem Arbeitsdruck in den Rohren
liegenden Druck herangeführt und je Rohr gesondert erst am Eintrittsende
entspannt
und gleichzeitig intensiv miteinander gemischt. Hierbei mündet bei der gezeigten
Anordnung die vorteilhafterweise mit Rückschlag-Ventil versehene Zuführungsleitung
5 für die flüssigen Kohlenwasserstoffe zentrisch in eine sich kegelig erweiternde
Düse 6, deren Wandung mit einer Vielzahl von Öffnungen 7 versehen ist und die von
einem Ringraum 8 umgeben ist, welcher von einem Rohrstück 9, einer Abschlussplatte
lOtsowie einer zwischen Rohrstück 9 und Reaktionsrohr 1 eingeschalteten, mit dem
in das Rohr 1 hineinragenden Ende der Duse 6 verbundenen ringförmigen Platte 11
umschlossen ist. In diesen Ringraum 8 mündet durch die Abschlussplatte 10 die Zuführungsleitung
4 für den zur Aufspaltung@der Kohlenwasserstoffe erforderlichten Wasserdampf0 Bs
hat sich gezeigt, da:3 mit einer derartigen Anordnung gleichzeitig mit der Entspannung
der verschiedenen Medien auf den gewünschten Arbeitsdruck eine ausserordentlich
intensive Vermischung der verschiedenen iiedien miteinander stattfindet, und zwar
umnittelbar bei deren Zusammentreffen im Inneren der Düse 6, so da, wie bei 12 angedeutet
ist, die miteinander intensiv gemischten @edien strahlförmig in das Rohrinnere eintreten.
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Wie vorstehend schon ausführlich dargelegt ist, ist es aufgrund dieser
Anordnung weiterhin möglich, den durch die
Leitung 4 zugeführten
Wasserdampf sehr hoch zu -erhitzen, ohne hierbei unerwünschte, zu frühzeitige Reaktionen
befürchten zu müssen, so daß den Reaktionsmedien nach Eintritt in das Rohrinnere
wesentlich weniger Wärme durch die Rohrwandung der Reaktionsrohre 1 zugeführt zu
werden braucht, wodurch die Anzahl bzw. Oberfläche derartiger Reaktionsrohre wesentlich
reduziert werden kann; Ausserdem lässt sich die Abwärme der Öfen für die entsprechend
hohe Aufheizung des benötigten Wasserdampfes wesentlich besser verwerten. ei der
in Fig. # wiedergegebenen, insgesamt wieder mit 1 bezeichneten Gegenstromrohreinheit
entspricht die Ausführung der b-ntspannungs und Mischvorrichtung im we sentlichen
der in Fig. 2 gezeigten Ausführung. Zusätzlich sind Mittel vorgesehen, um einen
steuerbaren'lleilstrom des Endproduktes des lteaktion. srohres dem Eintrittsende
des Rohreswieder zuzuführen.
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Das Innenrohr 13 der Gegenstrómrohreinbeit ist hierbei im unteren
Bereich mit Öffnungen 15 versehen, sowie feiner die Düse 6 über die ringförmige
Platte 11 hinaus fortgesetzt, so daß in Verbindung mit Verengungseinbauten 16 an
der Innenwandung des Innenrohres 13 beim Entspannen der durch die Leitungen 4 und
5 zugeführten Einsatzmedien in dem Ringspalt zwischen dem vorspringenden Ende der
Düse
6 und den einbauten 16 eine Injektorwirkung erzielt wird, durch welche ein Teil
strom des Endproduktes aus dem iLingraum zwischen dem Innenrohr 13 und dem Aussenrohr
14 der Gegenstromrohreinheit zum Eintrittsende des Innenrohres 13 zurückgesaugt
wird, während der übrige Teil des Endproduktes die Segenstromrohreinhei-t durch
den Austrittss-tutzen 17 verlässt. Auf diese Weise verliert der rückgeführte Teilstrom
während des Rückführens praktisch überhaupt keine Wärme, wobei noch vorteilhaft
-hinzukommt, daß der apparative Aufwand, welcher zusätzlich für die Rückführung
benötigt wird, auf ein Minimum reduziert ist, Zur Steuerung des Rückführungsteilstromes
ist die ringförmige Platte 11 ferner mit einem Ring 18 starr verbunden, der dem
Innenrohr 13 im Bereich der Rückführungsöffnungen 15 von innen anliegt und mit den
Öffnungen 15 entsprechenden Öffnungen versehen is-t. Durch Verdrehen dieses Ringes
18 mittels an der Platte 11 angebrachter Ansätze 19 kann folglich der Durchtrittsquerschnitt
der Offnungen 15 und damit die Rückführungsmenge ges-teuert werden Die in Fig. 4
wiedergegebene Ausführungsform entspricht im wesentlichen der in Fig. 3 wiedergegebenen
Ausbildung, lediglich die Strahlsaugervorrichtung ist etwas anders gestaltet und
mit der Vorrichtung zur Steuerung des
Rückführungsteilstromes kombiniert.
Ausserdem ist die Anordnung derart=ge-troffen, daß das vollständige Innenrohr ohne
Materialzerstörung, wie Trennschleifen, Sägen usw., eine und ausgebaut werden kann0
Hierzu is-t das Innenrohr 13 an einem unteren lösbaren Flansch 23 befestigt und
das Aussenrohr 14 im unteren bereich als Abzug 17 abgebogen ausgebildet, wobei der
das Innenrohr umgebende Bereich 20 rings um das Innenrohr 13 mit einer Trennfuge
25 versehen ist0 Der die--trennfuge 25 allseitig umschliessende Raum 22 ist gasdicht
abgeschlossen, so daß ein weiteres entweichen von aus dem Aussernrohr 14 durch die
Trennfuge 25 tretenden Gasen nicht möglich ist0 Die Verengtingseinbauten 16 der
Strahlsaugervorrichtung sind mit der Vorrichtung zur Steuerung der Rückführungsöffnungen
15 zu einem im wesentlichen hülsenförmigen Glied 24 kombiniert, welches gegenüber
den Rückführungsöffnungen 15 entsprechende Öffnungen aufweist und unten an der Abschlussplatte
10 starr befestigt ist. Die Düse 6 is-t unten ebenfalls an der Platte lu und im
oberen bereich mittels eines Ringes 21 an dem hülsenförmigen Glied 24 fest. Lurch
Verdrehen der Abschlussplatte 10 relativ zum Innenrohr 13 kann folglich aufgrund
sich ändernder Abdeckung der Öffnungen 15 mittels des hülsenförmigen Gliedes 24
die Rückführungsmenge gesteuert werden0
Bin weiterer Vorteil der
erfindungsgemässen verfahrensweise besteht auch noch darin, daß aufgrund der Heranführung
der Einsatzmedien bis unmittelbar an die Reaktionsrohre mit höherem Druck als bisher
die Leitungsquerschnitte beträchtlich verringerbar sind und infolgedessen auch ein
geringerer Wärmeverlust bei diesen eintritt Natürlich kann man die Entspannung der
den Reaktionsrohren zuzuführenden @edien auch in den Stichleitungen zu den einzelnen
@ohren stattfinden lassen, wenn inan die anordnung derart trifft, daß ein @ückstau
und damit eine @eeinflussung der Druckverhältnisse in benachbarten Rohren vermieden
wird. @ei der Zuführung mehrerer Medien wird man jedoch die Entspannung gewöhnlicn
gleichzeitig mit der Hischung der verschiedenen medien unmittelbar an den Rohreintrittsenden
vornehmen.
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Patentansprüche :