DE2617772A1

DE2617772A1 - Vorrichtung zum abkuehlen eines spaltgasstromes

Info

Publication number: DE2617772A1
Application number: DE19762617772
Authority: DE
Inventors: Heiner Dipl Phys Dittmann; Peter Dipl Ing Langebach; Markus Dr Raab
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1976-04-23
Filing date: 1976-04-23
Publication date: 1977-11-03
Also published as: GB1530539A; NL187752C; FR2348960A1; DE2617772C2; FR2348960B1; BR7702556A; NL187752B; NL7704422A; US4121908A; IT1085126B; ES458045A1

Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

903) 3 H 76/28

ΙΙλ\$& 17772

Vorrichtung zum Abkühlen eines Spaltgasstromes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abkühlen j eines Spaltgasstromes mit einem Rohr, welches in mindestens |i einer zu seiner Längsachse senkrechten Ebene Eintrittsöffnungen

^;fUr ein K^rihlöl aufweist.

Bei Anlagen zur Gewinnung von Ethylen und anderen ungesättigten Kohlenwasserstoffen besteht die Möglichkeit,

|als Einsatzstoff fUr den Pyrolyseprozeß Erdölfraktionen zu veri wenden, die einen höheren Siedebereich aufweisen als Naphtha.

Die Verwendung von z.B. Gasöl als Einsatz fUr die Pyrolyse

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bereitet Jedoch nicht unerhebliche technische Probleme. Bei der Pyrolyse von Naphtha und leichteren Einsatzstoffen ist es üblich, den Spaltgasstrora nach Austritt aus dem Spaltofen durch indirekte Kühlung unter Erzeugung von Hochdruckdampf soweit rasch abzukühlen, daß bei maximaler Wärmeausnutzung die Entstehung unerwünschter Polgereaktionen weitgehend vermieden wird. Die weitere Abkühlung erfolgt in der Regel durch direktes Einsprühen von aus dem Spaltprozess erzeugtem öl. Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere die Abkühlung von Oasölspaltgas zu starker Polymerlsat-u. Koksbildung bereits bei hohen Temperaturen führt. Die Wärmeabfuhr durch indirekte Kühlung ist wegen der kurzen Betriebszeiten der Wärmetauscher (Verkokung) nur begrenzt oder - bei- sehr schweren Einsatzstoffen - überhaupt nicht möglich. Die Wärmeabfuhr er£fl.gt deshalb zum größten Teil unter ausschließlich durch direktes EinsprUhen von öl. Dabei fördert insbesondere das Auftreffen der KUhlöltropfen auf der Rohrwand in Gegenwart des heißen Spaltgases die Koksbildung. Es ist daher bereits bekannt, (DT-OS 20 62 957), das KUhlöl in die Spaltgasleitung so einzuleiten, daß sich an der Rohrwand ein Film aus KUhlöl bildet.

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Die bekannten Vorrichtungen zum Einleiten des Ktihlöls in den Spaltgasstrom weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie keine vollkommen gleichmäßige Ausbildung des ölfilmes gewährleisten und infolgedessen eine teilweise Verwirbelung des KUhlöls und somit Koksbildung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abkühlen eines Spaltgasstromes der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, bei der Koksbildung nahezu vollständig vermieden und das Absetzen von Koks in der Spaltgasleitung verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungegemäß dadurch gelöst, daß über den Eintrittsöffnungen im Inneren des Rohres konzentrisch zu diesem ein Mantel angeordnet ist, der an seiner in bezug auf den Spaltgasstrom stromaufwärts gelegenen Oberkante dicht mit dem Rohr verbunden ist.

Es wurde nämlich erkannt, daß die Koksbildung hauptsächlich an den Grenzlinien stattfindet, an denen die drei Medien, KUhlöl, heißes Spaltgas und.Rohrwand zusammenstoßen. Unter dem mantelförmigen Ringraum, welcher eine Weite von 5 bis 40 mm, vorzugsweise 25 mm aufweist, kann sich ohne Störung durch den Spaltgasstrom ein KUhlölfilm ausbilden. Erst dann, wenn der

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Ölfilm vollständig und gleichmäßig ausgebildet ist, tritt er in Kontakt mit dem heißen Spaltgasstrom. Das gleichzeitige Zusammentreffen der drei Medien KUhlöl, heißes Spaltgas und Rohrwand wird verhindert, da die Rohrwand durch den Ölfilm zu dem Zeitpunkt^ da das Spaltgas mit dem KUhlölfilm in Kontakt tritt, vollständig abgedeckt ist. Somit gelingt es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Bildung und das Festsetzen von Koks zu unterbinden.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausbildungsform des Anmeldungsgegenstandes wird das Spaltgasrohr vertikal angeordnet, da sich hierdurch der KUhlölfilm besonders gleichmäig ausbilden kann.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die ZufUhrleitungen für das KUhlöl näherungsweise tangential zu der Rohrwand des Spaltgasstromes angeordnet sind. Durch das tangentiale Einführen des KUhlöles wird dieses besonders schnell längs des ganzen Rohrumfanges verteilt, se daß schnell ein zusammenhängender Ölfilm entsteht.

Die Einführung des KUhlöles in der erfindungsgemäßen Weise kann je nach vorgegebenen Temperaturbedingungen an weiteren Stellen des Spaltgasrohre8 «riederholt werden, um den Ölfilm zu verlängern und von neuem zu stabilisieren. In einem

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Abstand von etwa 2 bis 3 Rohrdurchmessern von der letzten KUhlöleinfUhrungsstelle wird das Spaltgasrohr verengt. Dabei wird das KUhlöl mit dem Spaltgas verwirbelt, wodurch ein intensiver Kontakt und Wärmeaustausch zwischen beiden Substanzen hergestellt wird. Da das Spaltgas durch den KUhlölfilm bereits

vorgekühlt ist, besteht trotz der Verwirbelung keine Verkokungsgefahr. Das kegelstumpfförmige Übergangsstück der Rohrverengung sollte einenNeigungswinkel zwischen 18 und 25 , vorzugsweise 22,5 aufweisen, um eine optimale Verwirbelung zu gewährleisten.

Dadurch, daß die Wände durch einen gleichmäßigen Ölfilm geschützt sind, kann ohne Verkokungsgefahr - gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Anmeldungsgegenstandes zusätzlich KUhlölparallel zum Spaltgasstrom eingesprüht werden. Zu diesem Zweck eignet sich eine KUhlölleitung, welche Vorzugs-· weise an einer Kniestelle des Spalt gasrohres so in. dieses eingeführt ist, daß sie an ihrem ausganfsseitigen Ende konzentrisch zur Achse des Spaltgasrohres verläuft. Um zu vermeiden, daß sich auf dem Außenmantel dieser Leitung infolge des großen Temperaturunterschiedes zwischen Spaltgas und KUhlöl Koksansammlungen bilden, wird diese KUhlölleitung mit einem abgeschlossenen Überrohr versehen, welches mit einem wärmeisolierenden Gas gefüllt oder evakuiiert ist. Diese Vorrichtung zur zusätzlichen

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■ Einsprühung von KiIhISl sowie die Vorrichtungen zur

j des ölfilsues sind infolge ihrer leichten Ausbaubarkeit leicht

] zu reinigen oder auszutauschen.

!< Um auch !sei großen abzukühlenden Spaltgasmengen die ] angestrebte Kühlwirkung zu erzielen, wird der Spaltgasstroin ] zweckraäSlgerweise auf mehrere parallel geschaltete

³ nSfie Ki&lvorrichtinigen verteilt, Hierdurch entsteht der

weitere Vorteil, dai bei Wartungsartoeiten nicht die Anlage angestellt werden muß, sondern durch Schließen von entsprechenden Ventilen nur eine Kühlvorrichtung auBer Betrieb genommen wird, während die restlichen Kühlvorrichtungen weiter arbeiten.

I Die erfindungsgeroÄSe Vorrichtung wird im folgenden

^; anhand eines in vier Scheasazeiehnungen dargestellten Ausführungsfceispiels näher erläutert.

j Es zeigen;

! Figur 1 eine Gesamtansicht einer «rfindungsgefflSSen Kühlvorrichtung;

Figur 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung der Figur 1 längs der Schnittlinie II-II in vergröSertea Maßstab;

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Figur 3 eine Detailzeichnung aus Figur 1; Figur 4 einen Querschnitt durch die Vorrichtung entlang der Schnittlinie IV-IV in Figur 3 in vergrößertem Maßstab.

Gleiche Teile sind in den Figuren 1 ols 4 mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein Spaltgasrohr 1, das einen Durchmesser von 300 mm aufweist, erweitert sich durch ein kegelstumpfförmiges Übergangsstück 2 auf 400 mm. Über diesem erweiterten Spaltgasrohr 1st ein zweites Rohr (Durchmesser 450 mm) konzentrisch angeordnet, so daß ein Ringraum 4 entsteht. In diesem Ringraum münden drei tangential angeordnete Zuleitungen für das KUhlöl. In einem Abstand von 1100 mm ist Über das Rohr 3 ein weiteres Rohr 5 mit einem Durchmesser von 500 mm angeordnet, so daß ein weiterer Ringraum 6 entsteht, in den wiederum drei tangentiale Kuhlölleitungen 8 münden. Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung wird das Spaltgasrohr in einem Abstand von ca. 1100 mm von der oberen Kante des letzten Ringraumes auf einen Durchmesser von 300 mm verengt.Das kegelstumpfförmige Übergangsstück hat gegenüber der Rohrachse einen Neigungswinkel von 22,5 ° .

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In Figur 2 sind drei tangential verlaufende Zuführleitungen 8 für das KUhlöl zu erkennen. Durch diese ZufUhrleitungen, die eine lichte Weite von 40 mm aufweisen, wird das KUhlöl erfindungsgemäß in den Ringraum 6 geleitet, wo sich ohne Störung durch den Spaltgasstrom ein zusammenhängender gleichmäßiger Ölfilm ausbilden kann.

In Figur 3 ist eine Zuführleitung 9 für KUhlöl zu erkennen. Diese Zuführleitung mündet etwas unterhalb des ersten Ringraumes 4, so daß das an ihrem unteren Ende 10 ausströmende KUhlöl dank des an der Rohrwand 3 abfließenden ölschutzfilmes nicht mit der Rohrwand in Berührung kommen kann. Die Zuführleitung 9 ist mit einem abgeschlossenen Überrohr 11 umgeben, welches mit einem isolierenden Gas gefüllt oder evakuiert sein kann. Durch die wärmeisolierende Wirkung des Überrohres 11 wird dort die Koksabiägerung vermieden. Nach Lösung der Verschraubung 12 kann die KUhlölleitung 9 samt Überrohr 11 zu Wartungszwecken aus dem Spaltgasrohr 1 gezogen werden.

In Figur 4 ist ein Metallkörper 13 zu erkennen, der am Ende der Zuführleitung 9 angeordnet ist. Durch diesen Metallkörper 13 wird das KUhlöl im Spaltgasrohr 3 versprüht.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll das folgende Zahlenbeispiel dienen.

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Von einem Pyrolyseofen strömt Spaltgas (Massenstromdichte ca. 50 kg/m s) mit einer Geschwindigkeit von 55 m/sec, mit einem Druck von 1,6 bar und einer Temperatur von 85O K in die Kühlvorrichtung (Rohr l) ein. über die Zuleitungen 8 werden in den Ringraum 4 *10 bis 20 kg/sec Klihlöl eingeleitet. Die gleiche Menge wird in den Ringraum 6 eingeführt. Dadurch bildet sich an den Rohrwänden 3 und 5 ein Ölfilm von ca. 5 ·>■« Dicke aus. Über Leitung 9 werden zusätzlich 25 bis 30 kg/sec KUhlöl in den Spaltgasstrom eingesprliht. Als KUhlöl wird eine Kohlenwasserstoffmischung mit einem mittleren Molekulargewicht von 290 verwendet. Das Spaltgas« das bei Punkt l4 die Kühlvorrichtung verläßt, hat sich auf ca. 500 K abgekühlt.

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Leerseite

Claims

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT j, (H 903) - yrw - η 76/&B

' Patentansprüche

,^: ^/Vorrichtung zum Abkühlen eines Spaltgasstromes mit einem

Rohr, welches in mindestens einer zu seiner L&ngsachse .; senkrechten Ebene Eintrittsöffnungen flir ein KUhlöl aufweist, i dadurch gekennzeichnet, daß über den Eintrittsöffnungen

'■ im Inneren des Rohres konzentrisch zu diesem ein Mantel

angeordnet ist, der an seiner in bezug auf den Spaltgas-

strom stromaufwärts gelegenen Oberkante dicht mit dem Rohr verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr vertikal angeordnet ist.

; ^. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zuführleitungen für das KUhlöl näherungsweise tangen- \. tial in das Rohr münden.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis '}, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr an seinem in bezug auf den Spaltgasstrom stromabwärts gelegenen Ende eine Verengung aufweist, wobei das kegelstumpfförmige Übergangsstück einen Neigungswinkel zwischen l8 und 25° gegenüber der Rohrachse aufweist.

5« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens an ihrem Ende konzentrisch mit der Rohrachse verlaufende Zuführleitung für ein KUhlöl vorgesehen ist, deren Mündung etwa in Höhe der Unterkante des in bezug auf den Spaltgasstrom am weitesten stromaufwärts gelegenen zylindrischen Mantels oder stromabwärts von diesem liegt.

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