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Röhrenofen für die Erhitzung von bei erhöhter Temperatur umzusetzenden
oder chemisch zu behandelnden Fließstoffen Für die Erhitzung von bei erhöhter Temperatur
umzusetzenden oder chemisch zu behandelnden Fließstoffen, wie Kohlenwasserstoffölen,
ist ein Röhrenofen mit einem unteren Heizkammerteil bekannt, der an zwei Seitenwänden
Rohrfelder enthält und durch eine sich von der einen zur anderen Wand parallel zu
den Rohrfel dern erstreckende senkrechte Mittelwand in zwei Längskammern unterteilt
ist. Jede Längskammer ist hierbei mit Heizvorrichtungen für eine aufwärts gerichtete
Flammgasbestreichung der Seitenfläche der Mittelwand ausgerüstet. Diese bekannte
An ordnung gestattet jedoch keinen unabhängig regelbaren Wärmeübergang auf mehr
als zwei Abteilungen mit praktisch gleichförmiger Wärmestrahlung auf alle Rohre
in einer Abteilung. Bei vielen chemischen und Erdölverarbeitungsverfahren ist es
aber wünschenswert, gleichzeitig mehrere Flüssigkeitsströme aufzuheizen, die innerhalb
eines Umwandlungspro zesses oder in nebeneinander befindlichen Einheiten verwendet
werden und verschiedene Temperaturen haben sollen. Es ist deshalb das Ziel der Erfindung,
einen Röhrenerhitzer der bekannten Art derart zu verbessern, daß unabhängige und
überwachte Heizbedingungen in mindestens drei verschiedenen Ofenteilen oder Heizeinheiten
ermöglicht werden und diese innerhalb eines Aggregats zweckmäßig untergebracht sind.
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Die Erfindung geht von dem eingangs erwähnten Röhrenofen mit einem
unteren Heizkammerteil aus, das an zwei Seitenwänden Rohrfelder enthält und durch
eine Mittelwand in zwei Längskammern unterteilt ist. Gemäß der Erfindung ist wenigstens
eine der Längskammern durch mindestens eine sich von der Mittelwand bis zur Seitenwand
parallel zu den Endwänden erstreckende Querwand in kleinere, unabhängig voneinander
befeuerbare Heizzonen unterteilt, und jede dieser Heizzonen ist an dem ihr zugehörigen
Seitenwandteil mit einem vorzugsweise aus horizontalen Röhren zusammengesetzten
Rohrfeld mit eigener Fließstoffzu- und -abflußleitung versehen.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform des Röhrenofens nach der
Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Fig. 1 zeigt einen senkrechten Querschnitt durch einen Erhitzer gemäß
der Erfindung; Fig. 2 ist ein horizontaler Schnitt durch die Verbrennungszonen des
Erhitzers nach Linie 2-2 der Fig. 1.
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Der Erhitzer besitzt Seitenwände 1 und 1' aus feuerfestem Material,
einen ebenfalls feuerfesten Boden 2, ein Fundament 3 sowie eine mittlere, ebenfalls
feuerfeste Längswand 4, die auf dem Fundament 3 ruht. Sie erstreckt sich vertikal
aufwärts zwischen den feuerfesten Endwänden 5 und 5' (Fig. 2).
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Eine kurze Zwischenquerwand 6 erstreckt sich ebenfalls von dem Fundament3
aus aufwärts und senkrecht zu der Mittelwand 4 und bildet getrennte Heizabteile
8 und 9, während auf der anderen Seite die Längskammer 7 liegt. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sind also drei Verbrennungs- und Strahlungsheizzonen 7, 8 und
9 ausgebildet. Diese Zonen münden in eine verjüngte Heizzone über den oberen Enden
der Mittelwand 4 und der Querwand 6, die mit allen Verbrennungszonen in Verbindung
steht. Die verjüngte Zone 10 ist durch die geneigten Wände 11 und 11' sowie die
Endwände 5 und 5' umschlossen. Der obere Teil des Erhitzers mündet in eine Konvektionsheizzone
12 aus, deren Querschnittsfläche kleiner ist als diejenige der darunter befindlichen
verjüngten Heizzone 10 und die durch näher aneinander befindliche Seitenwände 13
und 13' zusammen mit den oberen Teilen oder den vertikalen Verlängerungen der Endwand
5 und 5' des Erhitzers umschlossen wird. Dar-. über ist eine Abgassammelleitung
14 vorgesehen, die mit einem nicht dargestellten Schornstein in Verbindung steht.
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Zwei Reihen Brenner 15 und 15' sind unter dem Boden 2 zu beiden Seiten
der Mittelwand angeordnet, so daß jede der Verbrennungs- und Heizzonen7, 8 und 9
mit Flammen oder Verbrennungsgasen hoher Temperatur beschickt wird. Durch Brennerblöcke
16 und 16' gehen Feueröffnungen hindurch, die unmittelbar über den Brennern 15 und
15' angeordnet sind.
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Hierdurch werden Flammen und heiße Verbrennungsgase aus den Brennern
in im wesentlichen durchgehenden Schleiern gegen die Seiten der Mittelwand 4 ge-
richtet,
um diese zwecks hoher Wärmestrahlung aufzuheizen. Die Flüssigkeitsleitungen in den
getrennten Verbrennungs- und Strahlungsheizzonen 7, 8 und 9 sind Rohre an den Seitenwänden
1 und 1', die einer hohen Strahlungsheiztemperatur von der Mittelt wand 4 aus unterworfen
werden Eine Anzahl Rohrleitungen 17 ist horizontal in einer Reihe neben der Seitenwand
1 über die gesamte Länge der Heizzone 7 angeordnet. Die Rohre 17 können durch U-Stücke
oder sonstige Umlenkstücke verbunden sein, so daß eine durchgehende Flüssigkeitsleitung
entsteht.
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In ähnlicher Weise ist eine Anzahl Rohrleitungen 18 horizontal neben
der Seitenwand 1' innerhalb der kleineren Heizkammer 8 sowie eine Anzahl Flüssigkeitsrohrleitungen
19 an der Seitenwand 1' in der kleinen Heizkammer 9 angeordnet. Jede Rohrreihe kann
durch entsprechende U-Rohre zu einer durchgehenden Leitung verbunden sein.
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Es können also verschiedene Temperaturen innerhalb einer jeden Strahlungsheizzone
7,8 und 9 erreicht werden, indem die verschiedenen einzelnen Brenner 15 und 15'
unterschiedlich eingestellt werden. Die Brenner an jeder Seite der Mittelwand 4
können so eingestellt werden, daß der Strahlungsheizeffekt an den sich gegenüberliegenden
Flächen der Wand 4 verschieden ist. Dabei können zusätzlich die Brenner 15' eine
Flamme oder heiße Verbrennungsgase auf die nebeneinanderliegenden Heizkammern 8
und 9 richten, die ebenfalls derart unterschiedlich befeuert werden, daß verschiedene
Temperaturen in den erwähnten Zonen entstehen. Die Querwand 6 verhindert, daß eine
höhere oder tiefere Temperatur der benachbarten Zone die Heizwirkung auf die unabhängigen
Rohrfelder 18 und 19 beeinflußt. Es wird also eine gleichmäßige Er hitzung für ein
jedes der getrennten Rohrfelder 18 und 19 erreicht, ohne daß die Enden der Rohrteile
durch die an beiden Enden verschiedene Beheizung der Mittelwand 4 nachteilig beeinflußt
werden.
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Innerhalb des verjüngten Teiles eines jeden Erhitzers über den Stralalungsheizzonen
sind zwei Reihen Flüssigkeitsrohrleitungen 20 und 20' entlang den geneigten Wänden
11 und 11' angeordnet. Diese Rohre erhalten eine gewisse Strahlungsheizung von der
Längsmittelmrand 4 und eine beträchtlich höhere Temperatur durch I<onvelitionswirkung
der aufsteigenden Alerbrennungsgase. Außerdem sind zwischen den oberen Enden der
schrägen Wände 11 und 11' eine Anzahl Rohre 21 vorgesehen, die sich in Längsrichtung
horizontal iiber die gesamte Länge der Heizzonen erstrecken. Sie erhalten nur einen
kleinen Teil an -Strahlnngsheizung von der Wand 4 sowie Konvektionswärme aus den
Verbrennungs- und Abgasen. Unmittelbar über dieser Rohrgruppe ist ein größeres Feld
horizontaler Rohre 22 vorgesehen, welches sich über die gesamte Länge der Heizzone
erstreckt und in erster Linie Konvektionshitze aus den Verbrennungsgasen aufnimmt,
ehe letztere in die Abgasleitung 14 eintreten.
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Die Rohre in dem Feld 22 sind in gestaffelten Reihen derart angeordnet,
daß der größere Teil der in den Verbrennungsgasen enthaltenen Hitze von der Flüssigheizt
aufgenommen wird. Sämtliche Rohre der Felder 17, T8, 19, 20, 20', 21 und 22 sind
parallel zueinander angeordnet.
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Eeispielsweise zeigt die Zeichnung eine Hintereinanderschaltung sämtlicher
Rohre des Feldes 221 in der oberen Heizzone 12 mit kleinem Querschnitt. Ein Flüssigkeitsstrom
wird durch die Leitung 23 zugeführt und verläßt den Erhitzer über eine Leitung 24.
Es können indessen auch zwei Einlaßströme vorgesehen werden und die verschiedenen
Rohrteile des -Feldes -22
derart miteinander verbunden sein, daß ein Parallelfluß
erfolgt, bei dem zwei Rohrfelder innerhalb des Konvektionsheizraumes vorgesehen
sind. Auch können weit mehr Rohrreihen in einer ausgedehnteren oder tieferen Konvektionsheizzone
verwendet werden, ebenso können auch mehr Rohrreihen über einer Gesamtweite der
Zone vorgesehen werden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Leitung 24 mit
dem untersten der Rohre 17 verbunden, so daß die Flüssigkeit aufwärts durch die
Rohre 17 bis zu dem schräg verlaufenden Rohrfeld 20 geht.
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Hierauf wird die Flüssigkeit durch Zwischenrohre 21 und das schräge
Rohrfeld 20' sowie die Auslaßleitung 25 weitergeleitet. Der Erhitzer mit den unterteilten
Strahlungsheizzonen ist nicht auf die besondere Art der Verbindung der Rohrfelder
untereinander beschränkt. Gegebenenfalls kann auch ein getrennter Flüssigkeitsstrom
durch die Strahlungsheizzone 7 und deren Rohrleitungen 17 geführt werden. Ebenso
können getrennte Flüssigkeitsströme durch einen Teil oder sämtliche Rohrfelder in
dem verjüngten Teil des Erhitzers über den Verbrennungs- und Strahlungsheizkammern
geleitet werden.
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Die Rohrfelder 18 und 19 innerhalb der benachbarten Heizkammern 8
und 9 sind getrennt beheizte Rohrleitungen, deren Rohrelemente in Reihe geschaltet
sind, um getrennte Reaktionsströme zu ermoglichen.
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Andererseits können aber auch getrennte Teile eines einzigen Reaktionsstromes
in eine jede der getrennten Heizkammern eingeleitet werden. Die Rohre der Felder
18 und 19 können in Reihe verbunden sein, wie in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt.
Hierbei hat jedes Rohr unabhängigen Zufluß und Abfluß. In Fig. 2 sind Auslaßleitungen
26 und 28 für die Rohrfelder 18 und 19 gezeigt, während eine Einlaßleitung 27 und
die Auslaß leitung 28 für das Rohrfeld 19 in Fig. 1 dargestellt sind.
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Am oberen Ende des Erhitzerteiles 12 ist eine Anzahl Prallteile 29
am unteren Ende der Abgassammelleitung 14 angeordnet. Durch entsprechende Bemessung
des Abstandes dieser Teile kann der Durchgang der heißen Verbrennungsgase durch
das Konvektionsrohrfeld 22 sowie durch den oberen Teil des Erhitzers selbst in einer
Weise geregelt werden, daß die Flüssigkeitsrohrleitungen über die gesamte Länge
der Heizzonen gleichmäfiig beheizt werden. Der Abstand der Prallteile 29 kann auch
verändert werden, um den Zug und den Durchfluß der heißen Verbrennungsgase einer
jeden Verbrennungs- und Strahlungsheizzone im unteren Teil des Erhitzers zu steuern.
ßber der Abgasleitung 14 können ein oder mehrere Schornsteine oder Abzugevorgesehen
werden, damit das Abgas aus jeder der Heizraumleitungen abströmen kann. Durch eine
sachgemäße Verstellung und Einstellung des Abstandes der Prallteile 29 kann aber
auch der obenerwähnte gleichmäßige Durchfluß der Abgase aus jeder der unabhängig
gesteuerten Zonen erreicht werden, wenn lediglich ein SChornstein vorgesehen ist
und wenn beträchtliche Unterschiede in der Befeuerung der un-«abhängig bedienten
Brenner für jede Heizzone vorliegen.
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Der besondere Durchfluß nach Fig. 1 nacheinander durch den oberen
Konvektionsheizabschnitt 12, den Stralilungsheizabschnitt 17 und die Rohrfelder
20, 21 und 20' zur Auslaßleitung 25 ist ein Mittel, um einen Reaktionsstrom auf
eine -gewünschte hohe Temperatur für den Eintritt in eine erste Reaktionszone zu
bringen. Die kleineren S;tråhlungsheizzonen 8 und 9 -mit den Rohrfeldern 18 und
19 dienen dazu, den Reaktionsstrom wieder au+zuheizen, nachdem seine Temperatur
in
einer Reaktionszone gesunken ist und bevor er in eine weitere Reaktionszone eingeleitet
wird. Insbesondere bei der katalytischen Umwandlung eines Benzinkohlenwasserstoffstromes
wurde gefunden, daß es vorteilhaft ist, einen Reaktionsstrom hintereinander durch
eine Reihe von wenigstens drei Reaktoren hindurchzuführen. Hierbei fließt der Reaktionsstrom
in Berührung mit einem katalytischen Material, um das Material in Benzinfraktionen
hoher Oktanzahl umzuwandeln, und der Reaktionsstrom ist hierbei stets mit dem Katalysator
unter endothermer Reaktion in Berührung. In dieser Weise wird die Anordnung der
Erfindung vorteilhaft zum Heizen eines Reaktionsstromes auf eine gewünschte Temperatur
bei der Einleitung in einen ersten katalytischen, nicht dargestellten Umwandlungsreaktor
verwendet, nachdem er durch eine Reihe von Konvektionsrohren im oberen Teil der
Heizkammer und durch die lange Strahlungsheizkammer 7 geflossen ist, und den oberen
Zwischenteil über die Leitung 25 verläßt. Nachdem dieser Strom im ersten Reaktor
wenigstens teilweise umgewandelt wurde, kann er durch den einen der beiden kleineren
Heizräume des Erhitzers, wie z. B. die Kammer 8 mit dem Rohrfeld 18, geleitet werden,
so daß er wieder auf die erforderliche Temperatur zum Eintritt in eine zweite Reaktionszone
gebracht wird. Die Feuerung in der Heizzone 8 wird so eingestellt, um den bereits
einmal behandelten Reaktionsstrom auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Der
Reaktionsstrom kann dann über die Leitung 26 in einen zweiten katalytischen Reaktor
(nicht dargestellt) eingeleitet werden.
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Wenn er diesen verläßt, tritt er wieder in den Erhitzer über die Leitung
27 in das Rohrfeld 19 der Heizzone 9 ein. Der Erhitzer wird so eingestellt, daß
er eine Ver brennungs- und eine Strahlungsheizung in der Zone 9 bewirkt, durch die
der Reaktionsstrom auf die gewünschte Temperatur für einen dritten katalytischen
Reaktor (nicht dargestellt) über die Leistung 28 gebracht wird. Der hochklopffeste
Strom, der im dritten Reaktor erreicht wurde, wird alsdann einem geeigneten Fraktionierungs-
und Rückgewinnungsvorgang unterworfen.
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Es können gegebenenfalls auch mehr als drei Strahlungsheizkammern
als Steigstromerhitzer mit anderen Querwänden 6 vorgesehen werden, diel an der anderen
Seite der Mittelwand 4 vorgesehen werden, oder auch mit zwei oder mehreren Querwänden
an derselben Seite der Mittelwand eines längeren Erhitzers. Die Querwände sind in
jedem Falle im wesentlichen gleichwertig einer längeren Zwischenwand, so daß eine
unabhängige Heizung und Befeuerung innerhalb benachbarter, indessen unterteilter
Heizzonen erfolgen kann,
ohne daß die Befeuerung der einen Zone die gleichmäßige
Beheizung in der benachbarten Zone beeinträchtigt.