DE2804369C3

DE2804369C3 - Entkohlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2804369C3
Application number: DE2804369A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Ichihara Chiba Hozuma; Haruo Yokohama Kanagawa Izumida; Takeshi Tokio Nomura
Original assignee: Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp
Priority date: 1977-02-04
Filing date: 1978-02-02
Publication date: 1981-10-08
Also published as: JPS53107651U; IT1092396B; FR2379595A1; DE2804369A1; IT7819989A0; GB1588821A; JPS5414749Y2; DE2804369B2; FR2379595B1; SU965360A3; CA1108083A; US4224108A

Description

Die Erfindung betrifft eine Entkohiungsvorrichtung zur Verwendung an einem Reaktionsgefäß für das thermische Cracken von schweren Erdölen, die ein drehbares Haupteinspritzrohr 21, das in das Reaktionsgefäß 1 eingefügt ist, und eine Vielzahl von Strahldüsen in einem vertikalen, geraden Abschnitt enthält, der dicht der inneren Wandoberfläche dieses Reaktionsgefäßes 1 gegenüberliegend angeordnet ist.

Beim Herstellen von Pechen werden schwere Erdöle (im folgenden auch als »Schweröle« bezeichnet), wie Asphalt, üblicherweise in einem Reaktionsgefäß thermisch gecrackt. Hierbei ist es übliche Praxis, ein heißes Gas, das nicht mit den Schwerölen reagiert, mit einer Temperatur im Bereich von 400 bis 2000⁰C durch den Boden des Reaktionsgefäßes in dieses Reaktionsgefäß einzuleiten, um thermisches Cracken des eingebrachten Materials zu bewirken. Während des Crackens unterliegt das eingebrachte Material intensiver Blasenbildung spritzt und wird auf die inneren Wandoberflächen des Reaktionsgefäßes geschleudert, auf denen es Kohlenstoffablagerungen oder Kohlerückstände bildet. Wenn das Reaktionsgefäß für mehrere Chargen benutzt wird, wächst diese Ablagerung bis zu einer merklichen Dicke an und fällt dann teilweise von der Reäktöfwänd ab, wodurch sie verschiedenartige Schwierigkeiten in den nachfolgenden Verfahrensstufen verursacht, z. B. die Düse verstopft, durch die das umgesetzte Produkt abgezogen wird.

Es ist bekannt, den abgelagerten Kohlenstoff oder Koks durch Hochdruckwasserstrahlen oder durch mechanisches Abkratzen zu entfernen, nachdem das Reaktionsgefäß für mehrere Chargen verwendet worden ist oder wenn die Kohleablagerungen bis zu einem bestimmten Maß angewachsen sind. Bei diesem herkömmlichen Verfahren ist es jedoch nicht zu vermeiden, daß das Reaktionsgefäß, das auf 400⁰C gehalten wird, auf Raumtemperatur abgekühlt wird, wodurch eine Unterbrechung des Crackbetriebes für eine lange Zeitdauer erforderlich ist, und die Bedienungsperson Kohleenifernungsarbeiten unter er-

lu schwellen Lfmgebungsbedingungen ausführen muß.

Aus der US-PS 17 83 257 ist es nun bekannt, zur Reinigung des Bodenauslaufs eines Reaktors für die Zersetzung von Kohlenwasserstoffölen leichtes Öl gegen die Reaktorwand zu spritzen, um schwere

is Rückstandsöle und Koks von der Wandung abzuwaschen. Diese Waschflüssigkeit wird unter Wirbelbildung etwa parallel zur Reaktorwand eingeführt und bewirkt in Strahlform einen mechanischen Abrieb der Ablagerungen. Bei dieser bekannten Vorrichtung kann jedoch nur der im wesentlichen konische Bodenauslaufteil des Reaktors gereinigt werden, während die übrige Wandung des Reaktors nicht gereinigt wird.

Diese Schwierigkeiten werden jedoch bei einer Vorrichtung beseitigt, die in der DE-OS 26 47 526 angegeben ist Bei dieser Vorrichtung wird durch eine drehbare Injektionsleitung ein inertes Material sowie anschließend ein Teil des Chargenmaterials durch Düsen in Richtung auf die inneren Wandoberflächen des Reaktors injiziert, um die darauf abgelagerten Rück-

i» stände zu entfernen. Obgleich dadurch die oben beschriebenen Schwierigkeiten der herkömmlichen Vorrichtungen ausgeschaltet wurden, zeigte es sich jedoch, daß bei dieser Vorrichtung ein Problem darin bestand, daß Kohleablagerungen auf der rotierenden

is Düse selbst deren Funktion beeinträchtigten oder ihr Gewicht über Gebühr anwachsen ließen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Entkohiungsvorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der das Haupteinsprizrohr selbst von

-·« Zersetzungsrückständen und Kohleablagerungen freigehalten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vorrichtung ein Hilfseinspritzrohr 22 besitzt, das in das Reaktionsgefäß 1 geführt ist, wobei das Einspritzende

4ϊ des Hilfseinspritzrohres 22 über dem vertikalen geraden Abschnitt des Haupteinspritzrohres angeordnet ist, so daß eine Waschflüssigkeit über das Haupteinspritzrohr 21 versprüht werden kann, um die äußeren Umfangswände wenigstens dieses vertikalen geraden Abschnitts

>< in einem nassen Zustand zu halten.

Durch die Erfindung wird eine Entkohiungsvorrichtung für ein Reaktionsgefäß zum thermischen Cracken von Schwerölen geschaffen, die einen oberhalb des Reaktionsgefäßes vorgesehenen Antriebsmechanismus,

^ eine in dem Reaktionsgefäß angeordnete und von dem Antriebsmechanismus angetriebenen Einspritzrohranordnung und ein Hilfseinspritzrohr umfaßt. Die Einspritzrohranordnung enthält ein um die vertikale Achse des Reaktors drehbares Haupteinspritzrohr mit

bo einer Anzahl von Strahldüsen zum Versprühen von Strahlen aus Wäschflüssigkeit gegen die inneren Wandoberflächen des Reaktors. Das Hilfseinspritzrohr ist so angeordnet, daß es eine Waschflüssigkeit auf die äußeren Umfangswandoberflächen wenigstens des

M vertikalen geraden Abschnitts des Haupteinspritzrohres spritzt.

Diesem Haupt- und Hilfseinspritzrohr wird das flüssige Ausgangsmaterial, mit denen der Reaktor

beschickt werden soll, zugeführt Das Hauptejnspritzrohr ist so kalibriert, daß es Strahlen von dem Ausgangsmaterial gegen die inneren Wandoberflächen des Reaktors bei einem Druck von höchstens 20 bar spritzt, um dadurch die Koks- oder Kohleablagerungen auf den Wandoberflächen zu entfernen, während das Hilfseinspritzrohr so ausgelegt ist, daß es unter Druck stehendes oder nicht unter Druck stehendes Ausgangsmaterial auf die äußeren Umfangswandoberfiächen wenigstens des vertikalen geraden Abschnitts des Haupteinspritzrohres sprüht, um diese in einem nassen Zustand zur Verhinderung der Koks- oder Kohleablagerungen zu halten. In einigen Fällen kann das Hilfseinspritzrohr so ausgelegt sein, daß es das Ausgangsmaterial mit einem Druck von einigen kg/cm² verspritzt

Für die Kompaktheit der Apparatur als Ganzes wird es bevorzugt, daß die oberen Abschnitte des Hilfseinspritzrohres innerhalb des Haupteinspritzrohres aufgenommen werden, um sich entlang der Längsachse des letzteren zu erstrecken. Hierbei wird der untere Endabsdmitt des Hilfseinspritzrohres durch c'i-s Wand des Haupteinspritzrohres nach außen geführt, und zwar geeigneterweise an einer Stelle, an der das Haupteinspritzrohr in Richtung auf die Scitenwandung des Reaktionsgefäßes gebogen ist, wie unten noch näher beschrieben wird.

Das Haupteinspritzrohr, das Hochdruckstrahlen gegen die inneren Wandoberflächen des Reaktors richtet, neigt zu Schüttelvibrationen unter dem Einfluß der Wirkung des Strahldruckes und der heftigen Blasenwirkung der Hochdruckdämpfe, die während des Crackens auftreten. Daher wird es bevorzugt, Vibrationen verhindernde Mittel für das Haupteinspritzrohr vorzusehen.

Die Erfindung wird nun durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Teilschnittansicht, die die Entkohlungr-Orrichtung nach der Erfindung darstellt, wie sie auf einen Schwerölcrackreaktor aufmontiert ist;

Fi g. 2 eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 3 eine schematische Ansicht, die eine bevorzugte Anordnung des Hilfseinspritzrohres an dem Haupteinspritzrohr zsigt.

Die erfindungsgemäße Enteisungsvorrichtung gemäß Fig. 1 ist auf einem Reaktionsgefäß 1 angebracht, der zum thermischen Cracken von Schweröl verwendet wird. Der Aufbau des Rektors 1 selbst ist herkömmlich, und daher wird seine nähere Erläuterung weggelassen. Die mit 20 hezeichnete Entkohlungsvorrichtung enthält ein Haupteinspritzrohr 21 und ein Hilfseinspritzrohr 22, die um die vertikale Achse des Reaktors 1 innerhalb dieses Reaktors drehbar angeordnet sind.

Das Haupteinspritzrohr 2) ist mit einer Reihe von Strahldüsen 23 versehen, die durch seine Wandung hindurchgehend wenigstens an der Seite ausgebildet sind, die der Reaktorwandung dicht benachbart gegenüberliegt, um unter hohem Druck Strahlen aus Schweröl gegen die inneren Wandöberfläehen des Reaktors 1 zu spritzen. Die Strahldüsen 23 sind in einem Winkel von 45° nach unten bezüglich der Längsachse des Haupteinspritzrohres 21 angebracht. Die Anzahl und die Anordnung der Strahldüsen können wahlweise bezüglich der Menj;e und des Druckes von dem Schweröl, das durch 4<e Düsen hindurchgespritzt werden soll, bestimmt v/erden. Das Haupteinspritzrohr 21 ist an seinem unteren Ende geschlossen und besitzt zwei gebogene Abschnitte 243 und 246, um sich in eng gegenüberliegender Anordnung zu den inneren Wandoberflächen des Reaktors 1 zu erstrecken. Als Folge davon werden die Strahldüsen 23 des Haupteinspritzrohres 21 in einem engen Abstand von den inneren Wandoberflächen des Reaktors 1 gehalten. Der obere gerade Abschnitt des Haupteinspritzrohres 21 erstreckt sich durch eine Öffnung in der oberen Wandung des

κι Reaktors 1 nach oben, und zwar durch ein Lager 3, das das Rohr 21 drehbar halten, und durch eine Dichtung und ein Stopfbuchsenteil 4, die die obere öffnung 2 des Reaktors hermetisch verschließen, um ein Ausbrechen von Gasen aus dem Reaktor t zu verhindern. Das

ii entferntere Ende des oberen geraden Abschnittes 25 des Haupteinspritzrohres 21 ist mit einem ICupplungstopf 26 verbunden, der fest an einem Gelrieberad 5 befestigt ist, das wiederum von einem (nicht dargestellten) Elektromotor angetrieben wird.

2(i Das Hiliseinspritzrohr 22, das sich 7entrisch zu dem oberen geraden Abschnitt 25 des Haupteinspritzrohres 21 und durch dieses hindurch erstreckt, wird an der Biegung des unteren Endes von dem oberen geraden Abschnitt 25 herausgeführt und an seinem unteren Ende

>5 mit einem ringförmigen Düsenrohr 28 verbunden, das mit einer Anzahl von Strahldüsen 27 in seiner Wandung an der Seite zu dem Haupteinspritzrohr 21 hin versehen ist. An dem gebogenen Abschnitt, an dem das Hilfseinspritzrohr 22 herausgefühlt ist, ist seine

3fi Umfangswandung hermetisch dicht an das Haupteinspritzrohr 21 geschweißt, um ein Ausfließen der Waschflüssigkeit zu verhindern, die dem Haupteinspritzrohr 21 zugeführt wird. Das obere Ende des Hilfseinspritzrohres 22 ist mit einem Kupplungstopf 29

r> verbunden, der mit dem oben beschriebenen Kupplungstopf 26 drehbar ist.

Das Schweröl zum Verspritzen wird dem Haupteinspritzrohr 21 durch eine feste Zuführungsleitung 30 zugeführt, die an ihrem unteren Ende einen Kupplungs-

4n topf31 besitzt, der dem oben beschriebenen Kupplungstop^f 26 gegenüberliegt (und in diesen eingreift) und deren oberes Ende mit gegabelten Leitungen 34 und 35 jeweils über Ventile 32 bzw.33 verbunden ist. Durch den vertikal ansteigenden Abschnitt der festen Leitung 30 erstreckt sich eine zweite feste Leitung 35, die an ihrem unteren Ende einen Kupplungstopf 37 besitzt, der dem oben erwähnten Kupplungstopf 29 gegenüberliegt (und in diesen eingreift). Die zweite feste Leitung 36 ist mit einem Druckreduzierventil 38 zum Einstellen des

")ij Einspritzdruckes versehen. Einer der Kupplungstöpfe 26 und 31 ist mii einem kleineren Durchmesser ausgebildet und paßt in den anderen über einen O-Ring in solch einer Weise, dau eine relative Drehbewegung zv.'iscuen den beiden zusammengekuppelten Topfen

*>*> möglich ist. Das gleiche gilt für das andere Paar der Kupplungstöpfe 29 und 37.

Das Schweröl, das der thermischen Crackung unterworfen werden soll, wird durch eine Einlaßleitung 6 in das Reaktionsgefäß 1 eingeführt, während überhitzter Wasserdampf mit 400⁰C bis 2000°C durch eine andere Einläßleitung 7 eingeleitet wird. Während des Crackens wird ein Gas, wie Stickstoff, das gegen die thermische Zersetzungsreaktionen des Schweröls inert ist, durch die Leitung 34 dem Haupteinspritzrohr 21

h5 zugeführt und durch Ί·.ε Strahldüsen 23 versprüht, um zu verhindern, daß die Düsen 23 mit dem Reaktionsmaterial, mit dem der Reaktor 1 beschickt wird, verstopft werden. Während dieser Zeit ist es nicht notwendig, das

Haupteinspritzrohr 21 rotieren zu lassen.

Andererseits wird ein Teil des Schweröls durch die zweite feste Leitung 36 dem Hilfseinspritzrohr 22 nach Einstellung des Druckes an dem Druckreduzierventil 38 z. B. mit einem niedrigeren Wert von I bar zugeführt und von der ringförmigen Düse 28 über die äußeren Wandoberflächen des Haupteinspritzrohres 21 versprüht, um diese Oberflächen in einem nassen Zustand zu halten. Daher wird verhindert, daß die Spritzer von dem schäumenden Schweröl sich auf den äußeren Wandoberflächen des Haupteinspritzrohres 21 ablagern und erhärten. In Fig. ! ist mit 8 eine Absaugöffnung für das inerte Gas und die Gase, die während des Crackens auftreten, und mit 9 eine Auslaßöffnung für das Reaktionsprodukt bezeichnet.

Bei Beendigung des Crackens des Schweröls wird das Zersetzungsprodukt durch den Auslaß 9 entnommen und das Ventil 32 wird geschlossen, um das Einspritzen von inertem Gas durch die Strahldüsen 23 zu beenden. Daraufhin wird das Ventil 33 geötfnet, um einen Teil des Schweröls für die nächste Charge von der Leitung 35 zu der zweiten festen Leitung 30 unter einem hohen Druck, z. B. bei 20 bar, zuzuführen, wobei durch die Strahldüsen 23 Hochdruckstrahlen aus Schweröl gegen die inneren Wandoberflächen des Reaktionsgefäßes 1 gespritzt werden. Während des Verspritzens von Schweröl wird die Hauptdüsenleitung durch den Antriebsmechanismus über das Getrieberad 5 gedreht. Auf diese Weise wird Kohle oder Koks, der sich auf den inneren Wandober flachen de.·- Reaktionsgefäßes I während des vorhergehenden Crackens abgelagert hat, entfernt und durch die Auslaßleitung 10 abgeführt. Da der abgelagerte Koks oder die niedergeschlagene Kohle nach jeder chargenweisen Crackung entfernt wird, ist die Menge jeweils klein und kann leicht ohne Verstopfung der Auslaßleitung 10 entfernt werden. Sobald die Entkohlung der Reaktorwände beendet ist, wird die Drehung des Haupteinspritzrohres 21 abgestoppt und das Ventil 33 geschlosen. um das Verspritzen von Schweröl durch die Strahldüsen 23 zu beenden Stattdessen wird das Ventil 32 wieder geöffnet, um das inerte Gas dem Haupteinspritzrohr 21 bis zum Ende der nächsten Crackchargc 7i'7iiführpn

Die Antriebsvorrichtung für die Drehung des Haupteinspritzrohres 21 und des Hilfseinspritzrohres 22 ist so aufgebaut, daß sowohl radiale als auch Axialdruckbelastungen, die auf sie übertragen werden, in ihr selbst abgefangen werden, um sie kompakt zu machen.

In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform besitzt die in dem Reaktionsgefäß 1 angeordnete i:inspritzrohrat?"rdnung im wesentlichen den gleichen Aufbau wie in der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1. Jedoch ist in der zweiten Ausführungsform das Hilfseinspritzrohr 22 in einer etwas anderen Weise angeordnet. Es erstreckt sich wie in der ersten Ausführungsform durch das Haupteinspritzrohr 21 und zentrisch zu diesem bis zu dem abgebogenen Abschnitt 24a. wo das Hilfsrohr 22 durch die AVandung des Hauptrohres 21 heraustritt. Der untere Endabschnitt des Hilfseinspritzrohres 2Z der aus dem Haupteinspritzrohr 21 herausragt, ist verlängert und öffnet sich an einem Punkt über dem gebogenen Abschnitt 24b des Haupteinspritzrohres, das dort gebogen ist. um sich dicht entlang der inneren Wandoberfläche des Reaktionsgefäßes 1 zu erstrecken. Das offene entfernte Ende des Hilfseinspritzrohres 22 ist derart angeordnet, daß das Schweröl gleichmäßig über die äußeren Wandoberflächen des Rohres mit den Düsen ausgeschüttet wird. Bei dieser Ausführungsform kann das Schweröl, das auf

■. die äußere Oberfläche des Haupteinspritzrohres 21 gegossen werden soll, durch Schwerkraft ausfließen oder unter Druck verspritzt werden. Das freie Ende 74 des Hilfseinspritzrohres 22 ist schraubenförmig um den Umfang des Haupteinspritzrohres 21 gewickelt. Wenn

in es auf diese Weise angeordnet wird, wird das offene Ende des Hilfseinspritzrohres in einer konstanten Stellung bezüglich des Haupteinspritzrohres 21 gehalten und paßt sich selbst der Zusammenziehung oder Ausdehnung des Haiipteinspritzrohres 21 aufgrund

■ ■, thermischer Beanspruchungen an.

Das Haupteinspritzrohr innerhalb des Reaktionsgefäßes 1 muß aus einem leichten Material hergestellt werden, da es hohen Temperaturen ausgesetzt, durch die Blasenbildung oder das Schäumen geschüttelt.

jo wiederholt durch die Reaktionen des Strahles während des Entkohlungsbeliiebes beansprucht und durch die Momente, die von exzentrischen Abweichungen der Haupt- und Hilfseinspritzrohre 21 und 22 herrühren, beeinflußt wird. Beispielsweise kann das Einspritzrohr

j. aus einem einzigen Rohr aus unlegiertem Stahl aufgebaut sein, das in das Reaktionsgefäß eingefügt ist. Ein Haupteinspritzrohr vorzusehen, das an dem unteren Ende seines oberen geraden Abschnittes zweifach oder dreifacM gegabelt ist. ist denkbar, aber im Hinblick auf

si* die oben angegebenen Einflußfaktoren nicht wünschenswert.

In der in F i g. 2 dargestellten Anordnung für die Einspritzvorrichtung 21, 22. die auf dem oberen Teil des Reaktionsgefäßes 1 angebracht ist. ist eine Bodenwan-

!■· dung 92 vorgesehen, die sich von der Unterseite ihrer Bodenplatte in das Innere des Reaktionsgefäßes 1 erstreckt, um eine Stützwand um das Haupteinspritzrohr 21 zu bilden. Das Haupteinspritzrohr rt durch eine Öffnung in dieser Stützwand hindurchgeführt, die an

■■■'< dieser Stelle mit einem zylindrischen Antivibrationsglied 100 versehen ist. das die Vibrationen des Haupteinspritzrohres 21 verhindert.

Πιιι-ιρΚ <jio Prfinrj.mt» u/iMnn Untre Utmi Knhlpahlaop-

rungen auf den Reaktorwänden durch die Hochdruck-

' ■ strahlen aus heißem Schweröl entfernt, das als Waschflüssigkeit durch die Strahldüsen des Haupteinspritzrohres verspritzt wird, um kontinuierlich wiederholten Crackbetrieb in dem Reaktor zu ermöglichen, während durch das Hilfseinspritzrohr ein ähnliches

ν· .Ausgangsmaterial über die äußeren Umfangswandungen wenigstens des vertikalen geraden Abschnitts des Haupteinspritzrohres versprüht wird, um die Wandoberflächen in einem nassen Zustand zu halten, so daß Kohleablageningen auf dem Haupteinspritzrohr ver-

'•s hindert werden.

Darüber hinaus kann sich das Hilfseinspritzrohr. wenn es schraubenförmig um das Haupteinspriizrohr gewickelt ist. leicht der thermischen Ausdehnung des Haupteinspritzrohres, das hohen Temperaturen ausge-

M) setzt ist. anpassen.

Das Vorsehen von Antivibrationsgliedern auf dem Haupteinspritzrohr schließt Vibrationen seiner Düsenabschnitte aus und trägt zur Glättung der Drehbewegung des Haupteinspritzrohres bei und gewährleistet

»ö genaue Kohle- oder Koksentfernung und einwandfreien Scrubberbetrieb.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Enteisungsvorrichtung zur Verwendung an einem Reaktionsgefäß für das thermische Cracken von schweren Erdölen, die ein drehbares Haupteinspritzronr (21), das in das Reaktionsgefäß (1) eingefügt ist, und eine Vielzahl von Strahldüsen (23) in einem vertikalen geraden Abschnitt enthält, der dicht der inneren Wandoberfläche dieses Reaktionsgefäßes (1) gegenüberliegend angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Hilfseinspritzrohr (22) besitzt, das in das Reaktionsgefäß (1) geführt ist, wobei das Einspritzende des Hilfseinspritzrohres (22) über dem vertikalen geraden Abschnitt des Haupteinspritzrohres (21) angeordnet ist, so daß eine Waschflüssigkeit über das Haupteinspritzrohr (21) versprüht werden kann, um die äußeren Umfangswände wenigstens dieses vertikalen geraden Abschnitts in einem nassen Zustand zu halten.

2. Entkohiungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Endabschnitt (74) des Hilfseinspritzrohres (22) schraubenförmig um das Haupteinspritzrohr(21) gewickelt ist.

3. Entkohiungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einspritzende des Hilfseinspritzrohres (22) in eine ringförmige Düse (28) einmündet, die das Haupteinspritzrohr (21) umgibt.

4. Entkohiungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Haupteinspritzrohr (21) in einer Antivibrationsvorrichtung (100, 92) gehaltert isL