Verfahren und Vorrichtung zur Beaufschlagung der Rohre von Röhrenöfen
Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Beaufschlagung der Rohre von Röhrenöfen sowie auf eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Unter anderem ist es bei Röhrenöfen, in deren Rohren chemische Reaktionen, beispielsweise die Aufspaltung von Kohlenwasserstoffen, stattfinden sollen, von grosser Bedeutung, dass sämtliche Rohre des Röhrenofens möglichst gleichmässig beaufschlagt werden, und zwar unabhängig von der Änderung der Ofengesamtbeaufschlagung oder von Widerstands änderungen 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 Rohren führt. Daraus resultieren wieder Umsatzeinbussen und Produktionsunterbrechungen infolge schneller erforderlich werdender Regenerationsintervalle.
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 Luft 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, um derart gleiche Strömungswiderstände und folglich eine gleichmässige Beaufschlagung aller Rohre zu erreichen.
Da aber bei dieser bekannten Verfahrensart die Druckdifferenz zwischen Mischkammer 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 Beaufschlagungen der einzelnen Rohre und damit die vorstehend geschilderten Nachteile aus.
Weiterhin ist es bereits bekannt, die einzelnen Reaktionsrohre an deren Eintrittsenden mit einfachen Lochblenden zu versehen, um mittels dieser eine gleichmässige Beaufschlagung aller Rohre einzuregulieren, was naturgemäss sehr schwierig ist, da ohne den Einbau zusätzlicher Kontrollinstrumente die genau richtige Dosierung immer erst anhand der Ergebnisse längerer Betriebszeiten festgestellt werden kann. Ausserdem bietet die relativ geringe Druckdifferenz zwischen der Sammelleitung und den einzelnen Rohreintrittsenden nur einen relativ geringen Drosselbereich, da man die Vordruckregulierung sowie die Mischung der verschiedenen Reaktionsteilnehmer bei der zuletzt beschriebenen Verfahrensweise nach wie vor ausserhalb des Ofensystems vor der Sammelleitung vornimmt.
Ferner ist bei der zuletzt beschriebenen Verfahrensweise jedesmal eine Neuregulierung erforderlich, wenn sich die Gesamtbeaufschlagung des Ofens ändert.
Zur Vermeidung dieser vorstehend geschilderten Nachteile wird nun erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass das bzw. die den Rohren zuzuführenden Medien mit einem wesentlich über dem 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 der Zufuhrdruck des bzw. der Medien mindestens 1,1mal so hoch ist wie der Arbeitsdruck in den Rohren.
Dadurch, dass erfindungsgemäss nunmehr der Differenzdruck zwischen dem Inneren der verschiedenen Reaktionsrohre und den direkt in diese einmündenden Zufuhrleitungen vielfach grösser ist als die sich aus unterschiedlicher Füllung oder Anströmung bzw. 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.
Ein 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 Eintritt in die Reaktionsrohre erfolgenden Vermischung der verschiedenen Medien unerwünschte Reaktionen stattfinden können, wobei z. B. Russbildungen auftreten können, durch die dann meistens vorhandenes Katalysatormaterial an den Rohreintrittsenden verstopft werden kann, so dass diese Katalysatorschichten 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 werden. Natürlich kann man die unerwünschten Reaktionen auch dadurch vermeiden, dass man die verschiedenen Reaktionsmedien entsprechend gering vorwärmt, beispielsweise bei der Spaltung von Kohlenwasserstoffen den hierbei erforderlichen Wasserdampf nur relativ gering erhitzt, wodurch jedoch wiederum der gesamte Wärmehaushalt eines derart betriebenen Röhrenofens sehr ungünstig wird, da dann die anfallende Abwärme für die Vorwärmung der Einsatzmedien nicht mehr in vollem Umfang ausgenutzt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführung 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 stattfindet.
Hierdurch wird es möglich, ohne nachteilige Nebenwirkungen befürchten zu müssen, beispielsweise bei der Spaltung von Kohlenwasserstoffen, den hierfür erforderlichen Wasserdampf relativ hocherhitzt den Reaktionsrohren zuzuführen. Neben der damit verbundenen guten Ausnutzung der 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 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 sowohl für Katalysator als auch Rohrwandung schädliche Kondenswasserabscheidungen, wie diese sonst leicht in der Anfahrzeit vorkommen können, beseitigt.
Ausserdem wird dadurch, dass auf Grund der erfindungsgemässen Verfahrensweise ein wesentlich grö sserer Teil der erforderlichen Reaktionswärme durch die Reaktionsmedien selbst zugeführt werden kann, die erforderliche Austauschfläche der Reaktionsrohre und damit das gesamte Ofenvolumen in erheblichem Masse reduzierbar.
Bei der Zuführung flüssiger, in den Rohren zu verdampfender Medien ist es zweckmässig, 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.
Sehr vorteilhaft ist es weiterhin, wenn man bei Zuführung mehrerer Medien die Zufuhr jedes Mediums zu jedem Rohr unabhängig von der Zufuhr der übrigen Medien steuerbar ausbildet, gegebenenfalls automatisch nach einem bestimmten Programm.
Hierdurch ist man nämlich in der Lage, beispielsweise bei einem Verfahren zur Spaltung von Kohlenwasserstoffen, bei dem mit Katalysator gefüllten Rohren Wasserdampf und Kohlenwasserstoffe jedem Rohr gesondert zugeführt werden, alternierend die Zufuhr der Kohlenwasserstoffe zu einzelnen Rohren bei normalem Weiterbetrieb der übrigen Rohre so lange zu unterbinden, bis der auf der Katalysatorfüllung abgesetzte Kohlenstoff infolge der anhaltenden Wasserdampfzufuhr wieder vergast ist.
Hierdurch wird dann nämlich nicht nur eine Betriebsunterbrechung 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.
Auch kann es vorteilhaft sein, die Zufuhr bestimmter Medien zu allen Rohren gleichmässig in vorbestimmten Intervallen erfolgen zu lassen.
Die erfindungsgemässe Verlegung des Entspannungsvorganges 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 Rohreintrittsende auftretende Saugwirkung für jedes Rohr gesondert erfolgt.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignete Vorrichtung kennzeichnet sich durch eine am Eintrittsende jedes Rohres angeordnete Entspannungsvorrichtung für das bzw. die Zufuhrmedien des betreffenden Röhrenofens, wobei die Entspannungsvorrichtung bei mehreren Zufuhrmedien vorteilhaft gleichzeitig als Mischvorrichtung ausgebildet ist.
Hierbei kann 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 einem Ringraum umgeben ist, in welche die Zuführungsleitung für das gasförmige Medium einmündet. Es hat sich gezeigt, dass 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 er weiternden 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 Eintrittsende des Innenrohres eines an sich bekannten Gegenstromrohres angeordnet ist und am Eintritts- bzw. Abführungsende desselben Öffnungen im Innenrohr in derartiger Zuordnung zu einer mit der Entspannungs- und Mischvorrichtung kombinierten Strahlsaugervorrichtung vorgesehen sind, dass der gewünschte Teilstrom des Endproduktes vom zwischen Aussen- und Innenrohr gebildeten Ringraum zum Eintrittsende des Innenrohres zurückgesaugt wird.
In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Rückführung des Teilstromes zur Anpassung an sich ändernde Verhältnisse steuerbar zu machen. Dies ist in sehr einfacher Weise möglich, indem man die Rückführungsöffnungen für den Teilstrom steuerbar ausbildet.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1 in schematischer Darstellung die gesonderte Zuführung zweier Medien zu jedem Eintrittsende einer Reihe von Reaktionsrohren,
Fig. 2 das Eintrittsende eines Reaktionsrohres gemäss Fig. 1 im Schnitt,
Fig. 3 ein als Gegenstromrohr ausgebildetes Reaktionsrohr mit Strahlsaugervorrichtung zur Rückführung eines beliebig einstellbaren Teilstromes des Endproduktes des betreffenden Rohres und in
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines als Gegenstromrohr ausgebildeten Reaktionsrohres 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 Sammelleitung 3 und die einzelnen Stichleitungen 5 sowie der für den Spaltvorgang erforderliche Wasserdampf über die Sammelleitung 2 und die einzelnen Stichleitungen 4 zugeführt wird.
Erfindungsgemäss werden die verschiedenen Medien bis unmittelbar zum Eintrittsende jedes Rohres mit einem wesentlich über dem Arbeitsdruck in den Rohren liegenden Druck herangeführt und je Rohr gesondert erst am Eintrittsende entspannt. Hierbei mündet bei der gezeigten Anordnung die vorteilhafterweise mit Rückschlagventil 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 10 sowie einer zwischen Rohrstück 9 und Reaktionsrohr 1 eingeschalteten, mit dem in das Rohr 1 hineinragenden Ende der Düse 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 erforderlichen Wasserdampf.
Es hat sich gezeigt, dass mit einer derartigen Anordnung gleichzeitig mit der Entspannung der verschiedenen Medien auf den gewünschten Arbeitsdruck eine ausserordentlich intensive Vermischung der verschiedenen Medien miteinander stattfindet, und zwar unmittelbar bei deren Zusammentreffen im Inneren der Düse 6, so dass, wie bei 12 angedeutet ist, die miteinander intensiv gemischten Medien strahlenförmig in das Rohrinnere eintreten.
Wie vorstehend schon ausführlich dargelegt ist, ist es auf Grund 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.
Bei der in Fig. 3 wiedergegebenen, insgesamt wieder mit 1 bezeichneten Gegenstromrohreinheit entspricht die Ausführung der Entspannungs- und Mischvorrichtung im wesentlichen der in Fig. 2 gezeigten Ausführung. Zusätzlich sind Mittel vorgesehen, um einen steuerbaren Teilstrom des Endproduktes des Reaktionsrohres dem Eintritts ende des Rohres wieder zuzuführen.
Das Innenrohr 13 der Gegenstromrohreinheit ist hierbei im unteren Bereich mit Öffnungen 15 versehen sowie ferner 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 Teilstrom des Endproduktes aus dem Ringraum zwischen dem Innenrohr 13 und dem Aussenrohr 14 der Gegenstromrohreinheit zum Eintrittsende des Innenrohres 13 zurückgesaugt wird, während der übrige Teil des Endproduktes die Gegenstromrohreinheit durch den Austrittsstutzen 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 ist. Durch Verdrehen dieses Ringes 18 mittels an der Platte 11 angebrachter Ansätze 19 kann folglich der Durchtrittsquerschnitt der Öffnungen 15 und damit die Rückführungsmenge gesteuert 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 getroffen, dass das vollständige Innenrohr ohne Materialzerstörung, wie Trennschleifen, Sägen usw., einund ausgebaut werden kann.
Hierzu ist 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 ist. Der die Trennfuge 25 allseitig umschliessende Raum 22 ist gasdicht abgeschlossen, so dass ein weiteres Entweichen von aus dem Aussenrohr 14 durch die Trennfuge 25 tretenden Gasen nicht möglich ist. Die Verengungseinbauten 16 der Strahlsaugervorrichtung sind mit der Vorrichtung zur Steuerung der Rückführungsöffnungen 15 zu einem im wesentlichen hülsenförmigen Glied 24 kombiniert, welches den Rückführungsöffnungen 15 entsprechende Öffnungen aufweist und unten an der Abschlussplatte 10 starr befestigt ist.
Die Düse 6 ist unten ebenfalls an der Platte 10 und im oberen Bereich mittels eines Ringes 21 an dem hülsenförmigen Glied 24 fest. Durch Verdrehen der Abschlussplatte 10 relativ zum Innenrohr 13 kann folglich auf Grund sich ändernder Abdeckung der Öffnungen 15 mittels des hülsenförmigen Gliedes 24 die Rückführungsmenge gesteuert werden.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Verfahrensweise besteht auch noch darin, dass auf Grund 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.
Bei der Zuführung mehrerer Medien wird man jedoch die Entspannung gewöhnlich gleichzeitig mit der Mischung der verschiedenen Medien unmittelbar an den Rohreintrittsenden vornehmen.
Method and device for loading the tubes of tube furnaces
The invention is directed to a method for loading the tubes of tube furnaces and to a device suitable for carrying out this method.
Among other things, in the case of tube furnaces in the tubes of which chemical reactions, for example the splitting of hydrocarbons, are to take place, it is of great importance that all tubes of the tube furnace are exposed to the same amount as possible, regardless of the change in the total furnace exposure or changes in resistance in the furnace itself or in the subsequent pipe system. This is very important because, for example, if a part of the reaction tubes is subjected to too little action, the wall material thereof can no longer be cooled sufficiently, so that there is a risk of impermissibly overheating and subsequently destroying it.
There are also certain reactions in which such an excessively large or, in other tubes, too little heat supply leads to the deposition of soot or tar or similar clogging substances in the tubes filled with catalyst substance, for example. This in turn results in lost sales and production interruptions due to the need for regeneration intervals that become faster.
In order to achieve the most uniform exposure possible to all tubes of a tubular furnace, it has already been proposed, for example in processes for the splitting of hydrocarbons in the presence of water vapor and air, to arrange a so-called distributor spider concentrically to the furnace axis directly above the individual reaction tubes and the actual furnace roof, which simultaneously as Mixing chamber and distributor is used.
The various media are each adjusted to the same pressure in front of the mixing chamber and only then are brought together. From the mixing chamber, flexible lines of the same length and cross-section then lead to each reaction tube in order to achieve the same flow resistances and consequently a uniform application of all tubes.
But since the pressure difference between the mixing chamber and the inside of the pipe is very small in this known type of procedure, even relatively small peculiarities of the individual pipes, such as. B. different densities of catalyst beds or different flow discharges, furthermore often considerable uneven exposure of the individual tubes and thus the disadvantages described above.
Furthermore, it is already known to provide the individual reaction tubes with simple perforated diaphragms at their inlet ends in order to regulate an even loading of all tubes by means of these, which is naturally very difficult, since without the installation of additional control instruments the exactly correct dosage always takes longer based on the results Operating times can be determined. In addition, the relatively low pressure difference between the manifold and the individual pipe inlet ends offers only a relatively small throttle area, since the inlet pressure regulation and the mixing of the various reactants in the procedure described last are still carried out outside the furnace system in front of the manifold.
Furthermore, with the procedure described last, readjustment is necessary each time the total admission to the furnace changes.
To avoid these disadvantages outlined above, the invention now proposes that the media or media to be supplied to the pipes be supplied to each pipe at a pressure substantially above the working pressure in the pipes and the expansion of the media to the working pressure in the pipe for each pipe takes place separately directly at the pipe inlet end, the supply pressure of the media or media being at least 1.1 times as high as the working pressure in the pipes.
The fact that, according to the invention, the differential pressure between the interior of the various reaction tubes and the supply lines opening directly into them is now many times greater than the pressure losses in the individual reaction tubes resulting from different filling or inflow or outflow, the individual reaction tubes are subjected to a much more uniform loading achieved, regardless of the respective total admission of the tube furnace.
Another serious disadvantage of the previously known type of exposure to such tube furnaces, in which several media are fed to the reaction tubes, is that undesirable reactions can take place even when the various media are mixed before they enter the reaction tubes . B. soot formations can occur through which then mostly present catalyst material can be clogged at the pipe inlet ends, so that these catalyst layers fail from the outset for the desired reaction.
In order to counteract this inconvenience, therefore, a relatively frequent regeneration of the catalyst filling is necessary, which in turn often necessitates operational interruptions. Of course, you can also avoid the undesired reactions by preheating the various reaction media to a correspondingly low level, for example only heating the water vapor required for this to a relatively small extent when splitting hydrocarbons, which, however, in turn makes the overall heat balance of a tubular furnace operated in this way very unfavorable the resulting waste heat for preheating the input media can no longer be fully used.
In a preferred embodiment of the present invention, these disadvantages can now also be countered in that when several media are supplied, each medium is fed separately to each pipe inlet end in such a way that an intensive mixing of the various media takes place at the pipe inlet end with simultaneous relaxation of the working pressure inside the pipe .
This makes it possible, without having to fear disadvantageous side effects, for example when splitting hydrocarbons, to feed the water vapor required for this to the reaction tubes at a relatively high temperature. In addition to the associated good utilization of the waste heat from such operated ovens, this also has the procedural advantage that the reaction mixture is heated very quickly to the required maximum reaction temperature, which is of crucial importance for the optimal process.
The use of dry steam that is heated as high as possible also makes mixing with the gaseous hydrocarbons much easier and, due to its high heat content, eliminates the susceptibility to condensation water deposits that are harmful to both the catalyst and the pipe wall, which can otherwise easily occur during start-up.
In addition, the fact that, due to the procedure according to the invention, a significantly larger part of the required heat of reaction can be supplied by the reaction media itself, the required exchange surface of the reaction tubes and thus the entire furnace volume can be reduced to a considerable extent.
When supplying liquid media to be evaporated in the tubes, it is advisable to lead them to the expansion points of the individual tubes at such a high pressure that at the prevailing ambient temperature, the media do not evaporate before the expansion points.
It is also very advantageous if, when several media are supplied, the supply of each medium to each pipe is designed to be controllable, independently of the supply of the other media, optionally automatically according to a specific program.
This enables, for example, in a process for the splitting of hydrocarbons, in which pipes filled with catalyst, water vapor and hydrocarbons are fed separately to each pipe, to alternately prevent the supply of hydrocarbons to individual pipes while the remaining pipes continue to operate normally until the carbon deposited on the catalyst filling is gasified again as a result of the continued supply of water vapor.
This not only eliminates the need for an interruption in operation as a result of the necessary regeneration of the catalyst, but the carbon deposited on the catalyst can be made usable again for the process yield through re-gasification by means of the highly heated steam.
It can also be advantageous to allow certain media to be supplied to all pipes evenly at predetermined intervals.
The relocation of the expansion process according to the invention directly into the area of the inlet ends of the individual reaction tubes also makes it possible, with very simple means, for a partial flow of the end product of the tubes, which is known per se and which is advantageous for some reactions, to be returned exclusively by a separate expansion of the or of the supply media, the suction effect occurring at each pipe inlet end takes place separately for each pipe.
A device suitable for carrying out the method according to the invention is characterized by an expansion device arranged at the inlet end of each pipe for the supply medium (s) of the tube furnace in question, the expansion device advantageously being designed as a mixing device with several supply media.
Here, for example, to relax and mix a liquid and a gaseous medium supplied, the supply line for the liquid medium can open into a centrally arranged, conically widening nozzle, the wall of which is provided with a large number of openings and is surrounded by an annular space, in which the feed line for the gaseous medium opens. It has been shown that with such a design, at the same time as the relaxation of the two separately supplied media, excellent mixing of the same directly at the point of merging, i.e. H. is reached within the conical he widening nozzle.
To achieve the return of a partial flow of the end product of the individual reaction tubes, a design is very simple and advantageous in which the expansion and mixing device of each tube is arranged at the inlet end of the inner tube of a known countercurrent tube and at the inlet or outlet end of the same openings in Inner tube are provided in such an assignment to a jet suction device combined with the expansion and mixing device that the desired partial flow of the end product is sucked back from the annular space formed between the outer and inner tube to the inlet end of the inner tube.
In some cases it can be advantageous to make the return of the partial flow controllable in order to adapt it to changing conditions. This is possible in a very simple way by making the return openings for the partial flow controllable.
The invention is explained in more detail using the drawing, for example. This shows in
1 shows a schematic representation of the separate supply of two media to each inlet end of a row of reaction tubes,
2 shows the inlet end of a reaction tube according to FIG. 1 in section,
3 shows a reaction tube designed as a countercurrent tube with a jet suction device for returning an arbitrarily adjustable partial flow of the end product of the tube in question and in
4 shows a further embodiment of a reaction tube designed as a countercurrent tube for recirculating an arbitrarily adjustable partial flow.
The arrangement shown in the drawing is intended, for example, to split hydrocarbons, with the hydrocarbons in the liquid state being fed to the individual reaction tubes 1 via the collecting line 3 and the individual stub lines 5 and the water vapor required for the splitting process via the collecting line 2 and the individual stub lines 4 becomes.
According to the invention, the various media are brought up to the inlet end of each pipe with a pressure that is substantially higher than the working pressure in the pipes and are only released separately for each pipe at the inlet end. In the arrangement shown, the feed line 5 for the liquid hydrocarbons, which is advantageously provided with a check valve, opens centrally into a conically widening nozzle 6, the wall of which is provided with a large number of openings 7 and which is surrounded by an annular space 8 which is surrounded by a pipe section 9 , a closing plate 10 and an annular plate 11 connected between the pipe section 9 and the reaction pipe 1 and connected to the end of the nozzle 6 projecting into the pipe 1 is enclosed.
The feed line 4 for the water vapor required for splitting the hydrocarbons opens into this annular space 8 through the end plate 10.
It has been shown that with such an arrangement, at the same time as the expansion of the various media to the desired working pressure, an extraordinarily intensive mixing of the various media takes place with one another, namely immediately when they meet inside the nozzle 6, so that, as indicated at 12 is, the media, which are intensively mixed with one another, radiate into the interior of the pipe.
As has already been explained in detail above, due to this arrangement it is still possible to heat the water vapor supplied through line 4 to a very high level without having to fear unwanted, premature reactions, so that the reaction media after entering the pipe interior are significantly less Heat needs to be supplied through the tube wall of the reaction tubes 1, whereby the number or surface area of such reaction tubes can be significantly reduced. In addition, the waste heat from the ovens can be used much better for the correspondingly high heating of the steam required.
In the case of the counterflow pipe unit shown in FIG. 3 and again denoted overall by 1, the design of the expansion and mixing device corresponds essentially to the design shown in FIG. In addition, means are provided to feed a controllable partial flow of the end product of the reaction tube back to the inlet end of the tube.
The inner tube 13 of the counterflow tube unit is provided with openings 15 in the lower area and the nozzle 6 continues beyond the ring-shaped plate 11 so that, in conjunction with constriction fixtures 16 on the inner wall of the inner tube 13, when the pressure is released through the lines 4 and 5 Insert media in the annular gap between the protruding end of the nozzle 6 and the internals 16, an injector effect is achieved, through which a partial flow of the end product is sucked back from the annular space between the inner tube 13 and the outer tube 14 of the counterflow tube unit to the inlet end of the inner tube 13, while the rest Part of the end product leaves the counterflow pipe unit through the outlet nozzle 17.
In this way, the recirculated substream loses practically no heat at all during the recirculation, with the additional advantage that the outlay on equipment, which is additionally required for the recirculation, is reduced to a minimum.
To control the return partial flow, the ring-shaped plate 11 is also rigidly connected to a ring 18 which rests on the inner tube 13 in the region of the return openings 15 from the inside and is provided with openings 15 corresponding to the openings. By rotating this ring 18 by means of lugs 19 attached to the plate 11, the passage cross section of the openings 15 and thus the amount of return can be controlled.
The embodiment shown in FIG. 4 corresponds essentially to the embodiment shown in FIG. 3, only the jet suction device is designed somewhat differently and combined with the device for controlling the return partial flow. In addition, the arrangement is made such that the complete inner tube can be installed and removed without material destruction, such as cutting grinding, sawing, etc.
For this purpose, the inner tube 13 is attached to a lower detachable flange 23 and the outer tube 14 is bent in the lower area as a trigger 17, the area 20 surrounding the inner tube being provided with a separating joint 25 around the inner tube 13. The space 22 enclosing the parting line 25 on all sides is sealed in a gas-tight manner, so that further escape of gases emerging from the outer tube 14 through the parting line 25 is not possible. The constriction fixtures 16 of the jet suction device are combined with the device for controlling the return openings 15 to form an essentially sleeve-shaped member 24 which has openings corresponding to the return openings 15 and is rigidly attached to the bottom of the end plate 10.
The nozzle 6 is also fixed to the plate 10 at the bottom and to the sleeve-shaped member 24 in the upper region by means of a ring 21. By rotating the end plate 10 relative to the inner tube 13, the return quantity can consequently be controlled due to the changing cover of the openings 15 by means of the sleeve-shaped member 24.
A further advantage of the procedure according to the invention is that the line cross-sections can be considerably reduced due to the introduction of the feed media directly to the reaction tubes at higher pressure than before, and consequently there is also less heat loss in these.
If several media are supplied, however, the expansion will usually be carried out simultaneously with the mixing of the various media directly at the pipe inlet ends.