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WO2020192966A1 - Verfahren und modulsatz zur erstellung einer dampfspaltanlage - Google Patents

Verfahren und modulsatz zur erstellung einer dampfspaltanlage Download PDF

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WO2020192966A1
WO2020192966A1 PCT/EP2020/025126 EP2020025126W WO2020192966A1 WO 2020192966 A1 WO2020192966 A1 WO 2020192966A1 EP 2020025126 W EP2020025126 W EP 2020025126W WO 2020192966 A1 WO2020192966 A1 WO 2020192966A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
modules
furnace
steam cracking
heat exchangers
cracking system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2020/025126
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Boris Banovsky
Ernest Schwarz
Sasa KARIN
Dietmar LILL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Linde GmbH
Original Assignee
Linde GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde GmbH filed Critical Linde GmbH
Publication of WO2020192966A1 publication Critical patent/WO2020192966A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/34—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils by direct contact with inert preheated fluids, e.g. with molten metals or salts
    • C10G9/36—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils by direct contact with inert preheated fluids, e.g. with molten metals or salts with heated gases or vapours
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/14—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in pipes or coils with or without auxiliary means, e.g. digesters, soaking drums, expansion means
    • C10G9/18—Apparatus
    • C10G9/20—Tube furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/40—Characteristics of the process deviating from typical ways of processing
    • C10G2300/4068—Moveable devices or units, e.g. on trucks, barges

Definitions

  • the present invention relates to a method and a set of modules for creating a steam cracking system according to the generic terms of the independent
  • Steam cracking systems (often also referred to as ethylene systems) with so-called cracking furnaces are used for steam cracking. These cracking furnaces can also be provided in several groups and operated under different conditions or supplied with different inserts (English feeds). Cracking furnaces typically have a so-called convection zone (English convection section) and a so-called radiation zone (English radiant section). The radiation zone is fired by means of burners arranged at least on the bottom. Flue gases from the radiation zone flow off via the convection zone.
  • the convection zone is typically used to preheat boiler feed water, to generate or further heat steam and / or to preheat the reaction insert or to further heat a mixture from
  • Reaction insert and steam For this purpose, appropriate tube bundles are passed through the convection zone.
  • the mixture of reaction feed and steam is passed through the radiation zone in so-called cans (coils) for conversion.
  • the cans can be provided in various configurations and arrangements described in the specialist literature.
  • cracked gas which is discharged from the radiation zone via the cracked tubes mentioned and initially at a temperature of typically 750 to 875 ° C is present, must in order to bring the reactions as quickly as possible to a standstill and thus an excessive formation of undesirable
  • quench heat exchangers which can be subdivided in particular into so-called primary and secondary quench heat exchangers (English. Primary Quench Exchanger, Secondary Quench Exchanger), serve to cool the fission gas. Different designs are also described in the specialist literature.
  • the correspondingly cooled cracked gas is subjected to water and / or oil scrubbing, then compression and acid gas removal as well as fractionation operated at least partially at cryogenic temperatures in order to obtain the desired products,
  • the present invention has the task of creating
  • the method proposed according to the invention overcomes the problems associated with the previous concept of intensive "on-site" assembly. Such problems are posed in particular by the requirements or
  • the new construction concept proposed according to the invention at least partially overcomes these disadvantages and minimizes the installation time and thus also the costs and risks for customers for the construction of steam cracking systems.
  • a cracking furnace is designed in such a way that it is divided into several furnace modules, which are then connected to one
  • Prefabrication Yard can be built and then delivered to the construction site using suitable means of transport and assembled to the finished furnace in a significantly reduced time.
  • suitable means of transport and assembled to the finished furnace in a significantly reduced time.
  • Pipework one or more quench heat exchangers (in particular one or more primary quench heat exchangers, but also optionally one or more secondary quench heat exchangers) and one or more lines between the radiation zone and the one or more quench heat exchangers (in particular one or more primary quench heat exchangers, but also optionally one or more secondary quench heat exchangers) and one or more lines between the radiation zone and the one or more quench heat exchangers (in particular one or more primary quench heat exchangers, but also optionally one or more secondary quench heat exchangers) and one or more lines between the radiation zone and the one or more quench heat exchangers (in particular one or more primary quench heat exchangers, but also optionally one or more secondary quench heat exchangers) and one or more lines between the radiation zone and the one or more quench heat exchangers (in particular one or more primary quench heat exchangers, but also optionally one or more secondary quench heat exchangers) and one or more lines between the radiation zone and the one or more quench heat exchange
  • Quench heat exchangers if these are also part of the furnace module) including the respective welds.
  • the present invention proposes a method for creating a steam cracking system, the steam cracking system, as is basically known and explained above, a cracking furnace with a convection zone and a
  • Has radiation zone In the steam cracking system created according to the invention, cans are passed through the radiation zone and over one or more
  • Transfer lines connected to one or more quench heat exchangers.
  • the present invention proposes that at least a part of the radiation zone in the form of one or more furnace modules with the
  • Canned tubes is prefabricated at a pre-assembly location, the furnace module or modules being transported to the respective production site after prefabrication and being used at the production site to create the steam cracking system.
  • furnace module or modules prefabricated within the scope of the present invention can also be prefabricated with the quench heat exchanger or heat exchangers. This results in a further degree of prefabrication and lower assembly costs for the entire pressure-side components or these components up to a corresponding quench heat exchanger.
  • Quench heat exchangers can be included in the prefabrication according to the invention not only a primary but also a primary and a secondary quench heat exchanger. In turn, more extensive prefabrication results in less effort when creating the system at the place of installation.
  • Prefabrication site are subjected to one or more functional tests, wherein the functional test or tests can in particular include a pressure test.
  • the furnace module or modules can also be provided with an external insulation, a
  • Pre-fabrication site so that this can be largely or at least partially dispensed with at the place of manufacture.
  • a corresponding steam cracking system can be used, in particular one or more furnace floor modules, one or more access modules in the form of stairwells and the like, one or more piping support modules, one or more feed line modules, one or more high pressure line modules, in particular for high pressure steam, and / or one or more drainage modules.
  • a corresponding steam cracking system also typically includes a smoke gas discharge system with, if necessary, corresponding smoke gas cleaning. Such modules can also be used if necessary
  • Oven modules are prefabricated on the basis of a dimension and / or weight specification, in particular with regard to the portability of corresponding modules.
  • the design of the furnace modules can be adapted to include existing pipe bridge heights to be taken into account or others
  • Road transport restrictions such as bridges, loads, driveways and the like.
  • a modularized creation of a steam cracking system according to an embodiment of the invention has the advantage of being easy to transport with common
  • FIG. 1 illustrates a steam cracking system that can be created according to an embodiment of the invention in a greatly simplified, schematic partial representation.
  • FIGS. 2A and 2B each illustrate a steam cracking system that can be created according to an embodiment of the invention, with and without corresponding modules, in a simplified, schematic partial representation in a front view.
  • FIGS. 3A and 3B each illustrate a steam cracking system that can be created according to an embodiment of the invention, with and without corresponding modules, in a simplified, schematic partial representation in side view.
  • Vapor cracking system illustrated in a greatly simplified, schematic partial representation and denoted as a whole by 100 The steam cracking system 100 illustrated in FIG. 1 comprises one or more cracking furnaces 10, shown here with a reinforced line.
  • Typical steam cracking plants 100 comprise a number of corresponding cracking furnaces 10 which can be operated under the same or different conditions.
  • corresponding cracking furnaces 10 can have the components explained below in one or a plurality.
  • the cracking furnace 10 comprises a convection zone indicated here as a whole as 11 and a radiation zone indicated here as a whole as 12.
  • a convection zone indicated here as a whole as 11 and a radiation zone indicated here as a whole as 12.
  • heat exchangers 1 1 1 1 to 1 15 are arranged in the convection zone 1 1, each of which is also in a different arrangement or arrangement.
  • Heat exchangers 1 1 1 to 1 15 are typically in the form of through the
  • Convection stone 11 guided tube bundles are formed and flue gas from the radiation zone 12 flows around them.
  • the radiation zone 12 is heated by means of a plurality of burners 121, which are only partially designated separately here, on the bottom and on the wall. Heating on the floor only is also possible.
  • a gaseous or liquid feed stream 101 containing hydrocarbons is fed to the steam cracking system 100. Also the
  • feed stream 101 is initially preheated in the heat exchanger 11.
  • a boiler feed water flow 102 is passed through the convection zone 1 1 or the heat exchanger 1 12 and is preheated.
  • the boiler feed water flow 102 is then fed into a steam drum 13.
  • a process steam flow 103 which can also be provided using the steam drum 13, is further heated and with the
  • a collection stream 104 formed in this way from the feed and steam is passed through a further heat exchanger 115 in the convection zone 11 and then passed through the radiation zone 12 in typically several cans 122.
  • the representation in Figure 1 is greatly simplified. Typically a
  • corresponding collecting flow 104 is divided into a multiplicity of can 122 and, after passing through the radiation zone 12, is combined again as a cracked gas flow in a common line (not illustrated).
  • a steam stream 105 can be removed from the steam drum 13 and heated in a further heat exchanger 114 in the convection zone 11, whereby a high-pressure steam stream 106 can be generated. This can be used at a suitable point in the steam cracking system 100.
  • Fission gas discharged from the radiation zone 12 or the can 122 is fed via one or more transfer lines 14 to a quench heat exchanger 15 and is cooled there.
  • the quench heat exchanger 15 represents a primary quench heat exchanger.
  • secondary quench heat exchangers can also be present. Cooled cracked gas is fed via a line 16 to further process units, which are indicated here only very schematically with 17. With these others
  • Process units 17 can in particular be process units for washing, compressing and fractionating the cracked gas.
  • the quench heat exchanger 15 is charged with a water stream 106 from the steam drum 13.
  • a steam stream 107 formed in this way in the quench heat exchanger 15 is returned to the steam drum 13.
  • An essential aspect of a method used in accordance with an embodiment of the present invention for creating a corresponding steam cracking system 100 is to at least part of the radiation zone 12 with at least the
  • furnace module in the form of one or more furnace modules. Other components can also be included accordingly.
  • a corresponding furnace module which is shown in dash-dotted lines in FIG. 1 and denoted overall by II, can also include one or more quench heat exchangers 15.
  • the furnace module or modules II are used within the scope of the present invention or a corresponding configuration that is used to create the
  • Steam cracking system 100 is used, prefabricated at a pre-assembly location, transported to a corresponding creation location, and on
  • An essential aspect of the present invention is to equip a corresponding unit with the cans and to subject them to a pressure test at the pre-assembly location, for example.
  • Steam cracking system 100 also have further oven modules III-V in addition to oven module II, as well as further modularized units that are prefabricated as a module set at the pre-assembly site or at different pre-assembly sites
  • FIGS. 2A and 2B a vapor cracking system that can also be created in accordance with an embodiment of the present invention is illustrated in a more detailed representation than in FIG.
  • FIG. 2A shows the steam cracking system 100 without the corresponding modules
  • FIG. 2B shows the steam cracking system 100 with these.
  • the modules are represented by rectangles that cover the components they contain.
  • a furnace module which has already been illustrated in FIG. 1 and shown there in a highly simplified manner and designated by II, is also provided here. Furthermore, the
  • Steam cracking system according to FIGS. 2A and 2B further furnace modules designated here with III-V.
  • the furnace modules II-V form the entire radiation zone of a cracking furnace of the steam cracking system 100 of FIGS. 2A and 2B.
  • a further module that is used in the creation of the steam cracking system 100 according to FIGS. 2A and 2B is a furnace floor module I, which can in particular include floor interior insulation or burners or preparatory components for attaching burners.
  • an access module VI with a lower part of a stairwell another access module VII with an upper part of a
  • Piping support module IX a feed line module X, a high pressure line module Xa and a discharge module XI illustrated.
  • Figures 2A and 2B also show further modules XX, XXI and XXII, which are used in the discharge of flue gases or
  • Product streams can be used.
  • FIGS. 3A and 3B the steam cracking system already illustrated in FIGS. 2A and 2B is shown again in a side view.
  • the explanations for FIGS. 2A and 2B apply in a corresponding manner, further modules being illustrated here, but not being explained separately.
  • the modules already explained above are also partially illustrated, but partially covered due to the different representation.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung einer Dampfspaltanlage (100), wobei die Dampfspaltanlage (100) einen Spaltofen (10) mit einer Konvektionszone (11) und einer Strahlungszone (12) aufweist und wobei durch die Strahlungszone (12) Spaltrohre (122) geführt und über eine oder mehrere Transferleitungen (14) mit einem oder mit mehreren Quenchwärmetauschern (15) verbunden werden. Es ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Strahlungszone (12) in Form eines oder mehrerer Ofenmodule (II— V) mit den Spaltrohren (122) an einem Vormontageort vorgefertigt wird, wobei das oder die Ofenmodule (II— V) an einen Erstellungsort transportiert und an dem Erstellungsort zur Erstellung der Dampfspaltanlage (100) verwendet wird oder werden. Ein entsprechender Modulsatz ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.

Description

Beschreibung
Verfahren und Modulsatz zur Erstellung einer Dampfspaltanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Modulsatz zur Erstellung einer Dampfspaltanlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen
Patentansprüche.
Stand der Technik
Verfahren und Anlagen zum Dampfspalten (engl. Steam Cracking) sind seit langem bekannt und umfangreich in der Fachliteratur beschrieben. Insbesondere sei in diesem Zusammenhang auf den Artikel "Ethylene" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Onlineausgabe, 2007, DOI 10.2002/14356007. a10_045.pub2, verwiesen.
Zum Dampfspalten werden Dampfspaltanlagen (häufig auch als Ethylenanlagen bezeichnet) mit sogenannten Spaltöfen (engl. Cracking Furnaces) eingesetzt. Diese Spaltöfen können auch in mehreren Gruppen bereitgestellt und unter unterschiedlichen Bedingungen betrieben bzw. mit unterschiedlichen Einsätzen (engl. Feeds) beschickt werden. Spaltöfen weisen typischerweise eine sogenannte Konvektionszone (engl. Convection Section) und eine sogenannte Strahlungszone (engl. Radiant Section) auf. Die Strahlungszone wird mittels zumindest bodenseitig angeordneter Brenner befeuert. Rauchgase aus der Strahlungszone strömen über die Konvektionszone ab.
Die Konvektionszone dient typischerweise zum Vorheizen von Kesselspeisewasser, zum Erzeugen bzw. weiteren Erwärmen von Dampf und/oder zum Vorheizen des Reaktionseinsatzes bzw. zum weiteren Erwärmen eines Gemischs aus
Reaktionseinsatz und Dampf. Hierzu werden entsprechende Rohrbündel durch die Konvektionszone geführt. Das Gemisch aus Reaktionseinsatz und Dampf wird zur Umsetzung in sogenannten Spaltrohren (engl. Coils) durch die Strahlungszone geführt. Die Spaltrohre können in unterschiedlichen, in der Fachliteratur beschriebenen Konfigurationen und Anordnungen bereitgestellt sein.
Das über die erwähnten Spaltrohre aus der Strahlungszone ausgeführte sogenannte Spaltgas (engl. Cracked Gas), das zunächst auf einer Temperatur von typischerweise 750 bis 875 °C vorliegt, muss, um die ablaufenden Reaktionen möglichst rasch zum Stillstand zu bringen und damit eine übermäßige Bildung von unerwünschten
Nebenprodukten zu verhindern, möglichst rasch abgekühlt werden. Zur Abkühlung des Spaltgases dienen dabei sogenannte Quenchwärmetauscher, die insbesondere in sogenannte primäre und sekundäre Quenchwärmetauscher (engl. Primary Quench Exchanger, Secondary Quench Exchanger) unterteilt sein können. Unterschiedliche Bauformen sind ebenfalls in der Fachliteratur beschrieben.
Das entsprechend abgekühlte Spaltgas wird je nach seiner Zusammensetzung, die sich insbesondere nach den verwendeten Reaktionseinsätzen und Spaltbedingungen richtet, einer Wasser- und/oder Ölwäsche, anschließend einer Verdichtung und Sauergasentfernung sowie einer zumindest teilweise bei kryogenen Temperaturen betriebenen Fraktionierung unterworfen, um die gewünschten Produkte,
klassischerweise Ethylen, aus dem Spaltgas zu gewinnen.
Beim bisherigen Design und Montagekonzept von Dampfspaltanlagen werden die Spaltöfen in vielen Einzelteilen zur Baustelle geliefert und entsprechend vor Ort montiert. Dabei werden gelegentlich bereits Rohrbündel für die Konvektionszone in Modulbauweise vorgefertigt und angeliefert. Dennoch ist auf der jeweiligen Baustelle eine intensive Montagetätigkeit erforderlich.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Erstellung von
Dampfspaltanlagen, insbesondere der erwähnten Spaltöfen, zu erleichtern. Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und einen Modulsatz mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren überwindet die mit dem bisherigen Konzept der intensiven "vor-Ort"-Montage verbundenen Probleme. Solche Probleme stellen insbesondere die in den letzten Jahren stark gestiegenen Vorgaben bzw.
Vorschriften hinsichtlich der Einhaltung von Arbeitsschutz- und Umweltauflagen, aber auch beispielsweise behindernde Umwelteinflüsse, die sogar zum zeitweisen
Einstellen der Montageaktivitäten führen können, dar.
Insgesamt ergibt sich in den bekannten Verfahren ein hoher Aufwand, um eine Baustelle für eine Dampfspaltanlage zu gestatten und zu administrieren, mit entsprechenden Störungen und Einschränkungen des übrigen Anlagenbetriebes. Die mit der Erstellung einer Dampfspaltanlage verbundenen Störungen und
Einschränkungen sind aufgrund der aufwendigen und damit langen Montagedauer entsprechend längerfristig. In bestimmten Regionen ergeben sich ausgesprochen hohe Montagekosten wegen steigender Anforderungen auf den Anlagenbaustellen vor Ort sowie der Ineffizienz bei den Montagearbeiten.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene neue Erstellungskonzept werden diese Nachteile zumindest teilweise überwunden und die Montagedauer und damit auch die Kosten und Risiken der Kunden für den Bau von Dampfspaltanlagen minimiert.
Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen neuen Design- und Montagekonzept für Dampfspaltanlagen bzw. die entsprechenden Spaltöfen wird es nach diesseitiger Kenntnis erstmals möglich, die Strahlungszonenbereiche von Spaltöfen neben den Konvektionszonenmodulen mit entsprechenden Ofenmodulen sowie vorgefertigten
Montagerahmen (engl. Skids) und Großbauteilen mit minimalem Montageaufwand und verringerter Montagedauer auf die Baustelle zu liefern und dort zu installieren.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Spaltofen so entworfen, dass er in mehrere Ofenmodule aufgeteilt wird, welche dann entsprechend an einem
Vorfertigungsplatz (engl. Prefabrication Yard) gebaut werden und sodann mit geeigneten Transportmitteln auf die Baustelle geliefert und in deutlich verkürzter Zeit zum fertigen Ofen montiert werden können. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ist insbesondere
kennzeichnend, dass entsprechende Ofenmodule bereits fertig bestückt mit dem Strahlungszonenrohrsystem, außerhalb der Strahlungszone angeordneten
Verrohrungen, einem oder mehreren Quenchwärmetauschern (insbesondere einem oder mehreren primären Quenchwärmetauschern, aber auch ggf. einem oder mehreren sekundären Quenchwärmetauschern) sowie einer oder mehreren Leitungen zwischen der Strahlungszone und dem einen oder den mehreren
Quenchwärmetauschern (und ggf. zwischen primären und sekundären
Quenchwärmetauschern, falls diese ebenfalls Teil des Ofenmoduls sind) inklusive der jeweiligen Schweißungen bereitgestellt werden.
Besondere Vorteile des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ergeben sich auch daraus, dass entsprechende drucktragende Teile vormontiert und die entsprechenden Drucktests bereits vorab durchgeführt werden können.
Darüber hinaus können in besonders vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung bereits eine Außenisolierung, eine erweiterte Bodeninnenisolierung (engl. Refractory Lining) bzw. sonstige feuerfeste Isolierungen, Instrumentierungs- und Elektrikbauteile sowie ggf. deren Kabelverbindungen vormontiert werden.
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erstellung einer Dampfspaltanlage vor, wobei die Dampfspaltanlage, wie grundsätzlich bekannt und zuvor erläutert, einen Spaltofen mit einer Konvektionszone und einer
Strahlungszone aufweist. In der erfindungsgemäß erstellten Dampfspaltanlage sind durch die Strahlungszone Spaltrohre geführt und über eine oder mehrere
Transferleitungen mit einem oder mehreren Quenchwärmetauschern verbunden.
Wie bereits erläutert, erfolgen im herkömmlichen Verfahren eine entsprechende Erstellung einer Dampfspaltanlage, und damit auch die Verbindung der
Transferleitungen mit dem Quenchwärmetauscher bzw. den Spaltrohren, auf der Baustelle. Im Gegensatz dazu schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass zumindest ein Teil der Strahlungszone in Form eines oder mehrerer Ofenmodule mit den
Spaltrohren an einem Vormontageort vorgefertigt wird, wobei das oder die Ofenmodule nach der Vorfertigung an den jeweiligen Erstellungsort transportiert und an dem Erstellungsort zur Erstellung der Dampfspaltanlage verwendet wird oder werden. Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen wurden bereits zuvor teilweise erläutert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht insbesondere eine weitgehende Standardisierung sowohl des Ofendesigns als auch des
Erstellungsprozesses einer entsprechenden Dampfspaltanlage. Im Sinne des
Anlagendesigns wird das bzw. werden die Ofenmodule dabei bereits als
Unterbaugruppen betrachtet und entsprechend zerstörungsfrei geprüft, was zu deutlich reduziertem Aufwand auf der Baustelle hinsichtlich der gesamten Abnahme der Anlage führt und eine deutliche Zeitersparnis zur Folge hat. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ergibt sich ferner ein Vorteil hinsichtlich der für die Erstellung der
Dampfspaltanlage erforderlichen Fläche sowie der in diesem Zusammenhang benötigten Lagerfläche. Durch den Kunden müssen bei Verwendung entsprechender Ofenmodule weniger sogenannte Utilities wie Strom und Wasser bereitgestellt werden.
Insgesamt kann durch den Einsatz der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Maßnahmen die Ofenbauzeit vor Ort deutlich verringert werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Montagezeiten wesentlich reduziert werden, abhängig vom Ofentyp um ca. 30 bis 50%. Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens geplante und erstellte Dampfspaltanlagen besitzen ebenfalls deutliche Vorteile bei Umbauten in bestehenden Anlagen (engl. Revamps). Die Baustellensituation am Einsatzort, also am Erstellungsort der Dampfspaltanlage, wird deutlich verbessert und verkürzt, unter anderem hinsichtlich der Sicherheits- und Umweltanforderungen, der Montagedauer sowie des gesamten Terminablaufs aufgrund geringerer Gerüstkosten, Kranzeiten, Overheads und dergleichen, der Produkt- und Montagequalität, der Abhängigkeit von Umwelt- und Wettereinflüssen, des Einsatzes von Administrations und Überwachungspersonals seitens des Anlagenbetreibers und der Störeinflüsse auf den laufenden Anlagenbetrieb. Die vorliegende Erfindung führt insgesamt zu einem deutlich wirtschaftlicheren Anlagenbau mit entsprechenden technischen Vorteilen hinsichtlich der Sicherheit und Wartbarkeit.
Wie bereits erläutert, kann bzw. können das oder die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgefertigten Ofenmodule ferner mit dem oder den Quenchwärmetauschern vorgefertigt werden. Auf diese Weise ergibt sich ein weiterer Vorfertigungsgrad und geringerer Montageaufwand der gesamten druckseitigen Komponenten bzw. dieser Komponenten bis zu einem entsprechenden Quenchwärmetauscher. Als
Quenchwärmetauscher können dabei sowohl nur ein primärer als auch ein primärer und ein sekundärer Quenchwärmetauscher von der erfindungsgemäßen Vorfertigung umfasst sein. Wiederum ergibt sich bei einer weitergehenden Vorfertigung ein geringerer Aufwand bei der Erstellung der Anlage am Erstellungsort.
Nur zur Klarstellung sei angemerkt, dass es sich bei dem oder den
Quenchwärmetauschern um typische Transferleitungswärmetauscher für Dampfspaltanlagen handeln kann, in denen mehrere Rohrleitungen durch einen mit Wasser oder Dampf durchströmten Kühlraum geführt sind.
Wie ebenfalls erwähnt, kann bzw. können das oder die Ofenmodule an dem
Vorfertigungsort einem oder mehreren Funktionstests unterworfen werden, wobei der oder die Funktionstests insbesondere einen Drucktest umfassen können. Das oder die Ofenmodule kann bzw. können ferner mit einer Außenisolierung, einer
Bodeninnenisolierung, Instrumentierungs- und/oder Elektrikbauteilen und/oder deren Verbindungen vorgefertigt werden. Bei höhergradiger Vorfertigung in der erläuterten Weise kann insbesondere auch eine weitergehende Funktionstestung am
Vorfertigungsort erfolgen, so dass auf diese am Erstellungsort weitgehend oder zumindest teilweise verzichtet werden kann.
Wie ebenfalls bereits erwähnt, können mehrere weitere Module am Vorfertigungsort oder an einem weiteren Vorfertigungsort vorgefertigt und am Erstellungsort zur
Erstellung der Dampfspaltanlage verwendet werden, insbesondere ein oder mehrere Ofenbodenmodule, ein oder mehrere Zugangsmodule in Form von Treppenhäusern und dergleichen, ein oder mehrere Verrohrungsträgermodule, ein oder mehrere Speiseleitungsmodule, ein oder mehrere Hochdruckleitungsmodule, insbesondere für Hochdruckdampf, und/oder ein oder mehrere Ableitungsmodule. Eine entsprechende Dampfspaltanlage umfasst ferner typischerweise ein Rauchgasableitungssystem mit ggf. entsprechender Rauchgasreinigung. Auch derartige Module können ggf.
erfindungsgemäß vorgefertigt werden. Insbesondere können im Rahmen der vorliegenden Erfindung das oder die
Ofenmodule auf Grundlage einer Dimensions- und/oder Gewichtsvorgabe, insbesondere in Bezug auf eine Transportierbarkeit entsprechender Module, vorgefertigt werden. Das Design der Ofenmodule kann dabei angepasst werden, um u.a. bestehende Rohrbrückenhöhen zu berücksichtigen bzw. andere
Straßentransporteinschränkungen wie Brücken, Lasten, Einfahrten und dergleichen.
Durch die Anwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Montagekonzepts kann damit zugleich ein neuartiges logistisches Konzept bei Spaltöfen bzw.
Dampfspaltanlagen verwirklicht werden, nämlich die Transportmöglichkeit bei gleichzeitiger Nutzung der Vorteile des modularisierten Baukonzepts. Dies führt zu deutlich geringeren Baustellenanlieferungen mit den Vorteilen von entsprechend geringeren damit verbundenen Kosten auf der Baustelle. Dies stellt einen
entscheidenden Vorteil beispielsweise gegenüber anderen Varianten dar, in denen ein kompletter Ofen vorgebaut und an dem endgültigen Aufstellungsort verfahren wird. Eine modularisierte Erstellung einer Dampfspaltanlage gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung hat den Vorteil der einfachen Transportierbarkeit mit gängigen
Transportmitteln und über gängige Transportwege.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Modulsatz zur Erstellung einer
Dampfspaltanlage profitiert von den zuvor erläuterten Vorteilen in gleicher Weise, so dass diesbezüglich auf die obigen Erläuterungen verwiesen werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung veranschaulichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 veranschaulicht eine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstellbare Dampfspaltanlage in stark vereinfachter, schematischer Teildarstellung.
Figuren 2A und 2B veranschaulichen jeweils eine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstellbare Dampfspaltanlage ohne und mit entsprechenden Modulen in vereinfachter, schematischer Teildarstellung in Vorderansicht. Figuren 3A und 3B veranschaulichen jeweils eine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstellbare Dampfspaltanlage ohne und mit entsprechenden Modulen in vereinfachter, schematischer Teildarstellung in Seitenansicht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren sind einander baulich oder funktional entsprechende Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden lediglich der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. In Figur 1 ist eine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erstellbare
Dampfspaltanlage in stark vereinfachter, schematischer Teildarstellung veranschaulicht und insgesamt mit 100 bezeichnet. Die in Figur 1 veranschaulichte Dampfspaltanlage 100 umfasst einen oder mehrere, hier mit einer verstärkten Linie veranschaulichte Spaltöfen 10. Nachfolgend ist lediglich der besseren Verständlichkeit halber von "einem" Spaltofen die Rede. Typische Dampfspaltanlagen 100 umfassen eine Reihe von entsprechenden Spaltöfen 10, die bei gleichen oder unterschiedlichen Bedingungen betrieben werden können. Ferner können entsprechende Spaltöfen 10 die nachfolgend erläuterten Komponenten in Einoder Mehrzahl aufweisen.
Der Spaltofen 10 umfasst eine hier insgesamt mit 1 1 angegebene Konvektionszone sowie eine hier insgesamt mit 12 angegebene Strahlungszone. In Ausgestaltungen kann beispielsweise auch vorgesehen sein, einer Konvektionszone 1 1 mehrere Strahlungszonen 12 zuzuordnen.
In der Konvektionszone 1 1 sind im dargestellten Beispiel mehrere Wärmetauscher 1 1 1 bis 1 15 angeordnet, die jeweils ebenfalls in abweichender Anordnung bzw.
Reihenfolge in der Konvektionszone 1 1 bereitgestellt sein können. Diese
Wärmetauscher 1 1 1 bis 1 15 sind dabei typischerweise in Form von durch die
Konvektionstone 11 geführten Rohrbündeln ausgebildet und werden von Rauchgas aus der Strahlungszone 12 umströmt. Die Strahlungszone 12 wird im dargestellten Beispiel mittels mehrerer, hier nur teilweise gesondert bezeichneter, boden- und wandseitig angeordneter Brenner 121 beheizt. Auch eine rein bodenseitige Beheizung ist möglich.
Im dargestellten Beispiel wird der Dampfspaltanlage 100 ein Kohlenwasserstoffe enthaltender, gasförmiger oder flüssiger Einsatzstrom 101 zugeführt. Auch die
Verwendung mehrerer Einsatzströme 101 ist möglich. Der Einsatzstrom 101 wird dabei zunächst in dem Wärmetauscher 1 1 1 vorgewärmt.
Ferner wird ein Kesselspeisewasserstrom 102 durch die Konvektionszone 1 1 bzw. den Wärmetauscher 1 12 geführt und vorgewärmt. Der Kesselspeisewasserstrom 102 wird sodann in eine Dampftrommel 13 eingespeist. In dem Wärmetauscher 1 13 in der Konvektionszone 1 1 wird ein Prozessdampfstrom 103, der ebenfalls unter Verwendung der Dampftrommel 13 bereitgestellt werden kann, weiter erwärmt und mit dem
Einsatzstrom 101 vereinigt.
Ein auf diese Weise gebildeter Sammelstrom 104 aus Einsatz und Dampf wird durch einen weiteren Wärmetauscher 1 15 in der Konvektionszone 1 1 geführt und sodann in typischerweise mehreren Spaltrohren 122 durch die Strahlungszone 12 geführt. Die Darstellung in Figur 1 ist dabei stark vereinfacht. Typischerweise wird ein
entsprechender Sammelstrom 104 auf eine Vielzahl von Spaltrohren 122 aufgeteilt und nach dem Durchlaufen der Strahlungszone 12 als Spaltgasstrom wieder in einer gemeinsamen Leitung zusammengefasst (nicht veranschaulicht).
Wie in Figur 1 ferner veranschaulicht, kann aus der Dampftrommel 13 ein Dampfstrom 105 entnommen und in einem weiteren Wärmetauscher 1 14 in der Konvektionszone 1 1 erhitzt werden, wodurch ein Hochdruckdampfstrom 106 erzeugt werden kann. Dieser kann in der Dampfspaltanlage 100 an geeigneter Stelle verwendet werden.
Aus der Strahlungszone 12 bzw. den Spaltrohren 122 ausgeführtes Spaltgas wird über eine oder mehrere Transferleitungen 14 einem Quenchwärmetauscher 15 zugeführt und dort abgekühlt. Der Quenchwärmetauscher 15 stellt im dargestellten Beispiel einen primären Quenchwärmetauscher dar. Neben einem primären Quenchwärmetauscher 15 können auch sekundäre Quenchwärmetauscher vorhanden sein. Abgekühltes Spaltgas wird über eine Leitung 16 weiteren Prozesseinheiten zugeführt, die hier nur stark schematisch mit 17 angegeben sind. Bei diesen weiteren
Prozesseinheiten 17 kann es sich insbesondere um Prozesseinheiten zur Wäsche, Verdichtung und Fraktionierung des Spaltgases handeln. Der Quenchwärmetauscher 15 wird im dargestellten Beispiel mit einem Wasserstrom 106 aus der Dampftrommel 13 beschickt. Ein in dem Quenchwärmetauscher 15 auf diese Weise gebildeter Dampfstrom 107 wird in die Dampftrommel 13 zurückgeführt.
Ein wesentlicher Aspekt eines gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verwendeten Verfahrens zur Erstellung einer entsprechenden Dampfspaltanlage 100 besteht darin, zumindest einen Teil der Strahlungszone 12 zumindest mit den
Spaltrohren 122 in Form eines oder mehrerer Ofenmodule bereitzustellen. Auch andere Komponenten können dabei entsprechend umfasst sein. Ein entsprechendes Ofenmodul, das in Figur 1 strichpunktiert umfasst und insgesamt mit II bezeichnet ist, kann auch einen oder mehrere Quenchwärmetauscher 15 umfassen. Das oder die Ofenmodule II werden dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung bzw. einer entsprechenden Ausgestaltung, die zur Erstellung der
Dampfspaltanlage 100 gemäß Figur 1 verwendet wird, an einem Vormontageort vorgefertigt, an einen entsprechenden Erstellungsort transportiert, und am
Erstellungsort zur Erstellung der Dampfspaltanlage 100 verwendet. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, eine entsprechende Einheit bereits mit den Spaltrohren auszustatten und diese beispielsweise am Vormontageort einem Drucktest zu unterwerfen.
Wie in den nachfolgenden Figuren veranschaulicht, kann eine entsprechende
Dampfspaltanlage 100 neben dem Ofenmodul II auch weitere Ofenmodule lll-V aufweisen, sowie weitere modularisiert bereitgestellte Einheiten, die am Vormontageort oder an unterschiedlichen Vormontageorten als Modulsatz vorgefertigt und
anschließend an den Erstellungsort transportiert werden können.
In den Figuren 2A und 2B ist eine ebenfalls gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erstellbare Dampfspaltanlage in gegenüber der Figur 1 detaillierterer Darstellung veranschaulicht, jedoch ebenfalls mit 100 bezeichnet. Die Figur 2A zeigt die Dampfspaltanlage 100 ohne die entsprechenden Module und die Figur 2B zeigt die Dampfspaltanlage 100 mit diesen. Die Module sind dabei durch Rechtecke, die die jeweils enthaltenen Komponenten abdecken, dargestellt.
Ein Ofenmodul, das bereits in Figur 1 veranschaulicht und dort stark vereinfacht gezeigt und mit II bezeichnet ist, ist auch hier vorgesehen. Ferner umfasst die
Dampfspaltanlage gemäß den Figuren 2A und 2B weitere, hier mit lll-V bezeichnete Ofenmodule. Die Ofenmodule ll-V bilden dabei die gesamte Strahlungszone eines Spaltofens der Dampfspaltanlage 100 der Figuren 2A und 2B. Als weiteres Modul, das bei der Erstellung der Dampfspaltanlage 100 gemäß den Figuren 2A und 2B verwendet wird, ist ein Ofenbodenmodul I, das insbesondere eine Bodeninnenisolierung bzw. Brenner oder vorbereitende Komponenten zur Anbringung von Brennern umfassen kann.
Ferner ist in den Figuren 2A und 2B ein Zugangsmodul VI mit einem unteren Teil eines Treppenhauses, ein weiteres Zugangsmodul VII mit einem oberen Teil eines
Treppenhauses, ein unteres Verrohrungsträgermodul VIII, ein oberes
Verrohrungsträgermodul IX, ein Speiseleitungsmodul X, ein Hochdruckleitungsmodul Xa sowie ein Ableitungsmodul XI veranschaulicht. Die Figuren 2A und 2B zeigen ferner weitere Module XX, XXI und XXII, die in zur Ableitung von Rauchgasen bzw.
Produktströmen verwendet werden können.
In den Figuren 3A und 3B ist die bereits in den Figuren 2A und 2B veranschaulichte Dampfspaltanlage nochmals in Seitenansicht dargestellt. Die Erläuterungen zu den Figuren 2A und 2B gelten in entsprechender Weise, wobei hier weitere Module veranschaulicht, jedoch nicht gesondert erläutert sind. Die bereits zuvor erläuterten Module sind ebenfalls teilweise veranschaulicht, jedoch aufgrund der abweichenden Darstellung zum Teil verdeckt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erstellung einer Dampfspaltanlage (100), wobei die
Dampfspaltanlage (100) einen Spaltofen (10) mit einer Konvektionszone (1 1) und einer Strahlungszone (12) aufweist und wobei durch die Strahlungszone (12) Spaltrohre (122) geführt und über eine oder mehrere Transferleitungen (14) mit einem oder mit mehreren Quenchwärmetauschern (15) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Strahlungszone (12) in Form eines oder mehrerer Ofenmodule (II— V) mit den Spaltrohren (122) an einem Vormontageort vorgefertigt wird, wobei das oder die Ofenmodule (II— V) an einen Erstellungsort transportiert und an dem Erstellungsort zur Erstellung der
Dampfspaltanlage (100) verwendet wird oder werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem das oder die Ofenmodule (II— V) ferner mit dem oder den Quenchwärmetauschern (15) vorgefertigt wird oder werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das oder die Ofenmodule (ll-V) mit mehreren Quenchwärmetauschern (15) vorgefertigt wird oder werden, wobei die mehreren Quenchwärmetauscher (15) einen oder mehrere primäre Quenchwärmetauscher und einen oder mehrere sekundäre Quenchwärmetauscher umfassen.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der oder zumindest einer der mehreren Quenchwärmetauscher (15) als Wärmetauscher ausgebildet ist, in dem mehrere Rohrleitungen (141) durch einen mit Wasser oder Dampf durchströmten Kühlraum geführt sind.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das oder die
Ofenmodule (ll-V) an dem Vorfertigungsort einem oder mehreren Funktionstests unterworfen wird oder werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der eine oder die mehreren Funktionstests zumindest einen Drucktest umfassen.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das oder die
Ofenmodule ferner mit einer Außenisolierung, einer Bodeninnenisolierung, mit Instrumentierungs- und/oder Elektrikbauteilen und/oder deren Verbindungen vorgefertigt wird oder werden.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ferner ein oder mehrere weitere Module (VI— XI) an dem Vorfertigungsort oder einem weiteren
Vorfertigungsort vorgefertigt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das oder die weiteren Module (Vl-Xl) ein oder mehrere Ofenbodenmodule (I), Zugangsmodule (VI, VII),
Verrohrungsträgermodule (VIII, IX), Speiseleitungsmodule (X),
Hochdruckleitungsmodule (Xa) und/oder Ableitungsmodule (XI) umfassen.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei das oder die
Ofenmodule (II— V) auf Grundlage einer Dimensions- und/oder Gewichtsvorgabe vorgefertigt werden.
1 1. Modulsatz zur Erstellung einer Dampfspaltanlage (100), wobei die
Dampfspaltanlage (100) einen Spaltofen (10) mit einer Konvektionszone (11) und einer Strahlungszone (12) aufweist und wobei durch die Strahlungszone (12) Spaltrohre (122) geführt und über eine oder mehrere Transferleitungen (14) mit einem oder mit mehreren Quenchwärmetauschern (15) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Modulsatz ein oder mehrere
Ofenmodule (II— V) mit den Spaltrohren (122) umfasst, wobei das oder die
Ofenmodule (II— V) an den Erstellungsort transportierbar und an dem Erstellungsort zur Erstellung der Dampfspaltanlage (100) verwendbar ist oder sind.
12. Modulsatz nach Anspruch 1 1 , der ferner ein oder mehrere weitere Module (Vl-Xl), umfassend ein oder mehrere Ofenbodenmodule (I), Zugangsmodule (VI, VII), Verrohrungsträgermodule (VIII, IX), Speiseleitungsmodule (X),
Hochdruckleitungsmodule (Xa) und/oder Ableitungsmodule (XI) aufweist.
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