DE1542530B2 - Rohrenspaltofen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Röhrenspaltofen zur indirekten Erhitzung von spaltbaren Medien, insbesondere für die Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Gewinnung von Synthesegas, Stadtgas und Wasserstoff mit einer Mehrzahl von vertikalen Reaktionsrohren. Vornehmlich richtet sie sich auf solche Öfen, in denen die Spaltung bei hohen Drücken und hohen Temperaturen durchgeführt wird.

Es sind eine Vielzahl von Röhrenspaltofen bekannt, bei denen die Reaktionsrohre im Feuerraum in Form von Registern oder Bündeln angeordnet sind. Die Rohre selbst können dabei zur Steuerung der chemischen Reaktion Füllkörper oder Katalysatoren enthalten. Bei der Benutzung von einfachen Rohren werden diese im Feuerraum vertikal angeordnet, um einen leichteren Austausch der Rohrfüllung zu ermöglichen. Die Rohre können dabei sowohl an ihren oberen als auch an ihren unteren Enden gelagert sein. Es ist aber auch bekannt, die Rohre entweder nur an ihrem oberen Ende aufzuhängen, oder nur an ihrem unteren Ende zu lagern und im übrigen frei in den Feuerraum hineinragen zu lassen. Beide Anordnungen ermöglichen es beispielsweise, die temperaturbedingten Wärmespannungen zu vermeiden. Das Reaktionsmedium wird den Reaktionsrohren über ein Verteilersystem zugeführt und an ihrem Ende über ein Sammelsystem wieder abgezogen.

Nach der deutschen Auslegeschrift 1148 530 ist ein Röhrenofen bekannt, bei dem die Gegenstromrohre nur an ihren unteren Enden gelagert sind. Da dieser Röhrenofen drucklos betrieben wird, sind die Rohre nur der Temperaturbelastung ausgesetzt. Der deutschen Auslegeschrift ist nicht zu entnehmen, wie die heißgehenden Rohrenden mit der Sammeleinrichtung verbunden werden sollen.

Innenisolierte Rohrleitungen nach der USA.-Patentschrift 3 189 371 erweisen sich für Temperaturen über 500° C als nicht geeignet. Dort besteht die Aufgabe darin, aggressive, unter Druck stehende Flüssigkeiten von der drucktragenden Wand fernzuhalten und eine geeignete Rohrverbindung zu schaffen.

Weiterhin ist eine Ausführungsform bekannt, die im Prinzip der F i g. 1 entspricht. Das Verteilersystem 111 wird mittels dünner Rohre 222 mit den Reaktionsrohren 333 verbunden. Über die Rohrschlangen 444 gelangt das Reaktionsprodukt in die Sammelleitung 555, die in einer oder mehreren ausgemauerten Kammern 666 angeordnet und durch eine äußere Isolierung gegen Wärmeverlust geschützt ist. Die Reaktionsrohre werden, da die Arbeitstemperatur bis zu 1000° C betragen kann und die Reaktion unter einem Druck von 20 bis 40 atü durchgeführt wird, sehr hoch beansprucht. Das gilt jedoch in gleichem Maße auch für das Sammelsystem. Aus diesem Grunde war man bisher gezwungen, sowohl die Reaktionsrohre über ihre ganze Länge als auch die Rohrschlangen zwischen den Rohren und der Sammelleitung und die Sammelleitung selbst aus hochlegiertem Stahl herzustellen.

Dabei muß die Wärmedehnung der Sammelleitung und der Verbindungsrohre ausreichend berücksichtigt werden. Insbesondere bereiten die Sammelleitungen bei der Herstellung und Montage sowie bei Reparaturen Schwierigkeiten. Ferner sind die dazu verwendeten Stähle wegen ihres austenitischen Gefüges empfindlich gegen schnellen Temperaturwechsel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatz hochnickellegierter Stähle zu mindern, Wärmedehnungen weniger wirksam werden zu lassen und Druckverluste ebenfalls zu mindern.

Es wurde nun gefunden, daß die mit den bekannten Ausführungsformen verbundenen Nachteile vermieden werden können, wenn die Sammelleitungen die Reaktionsrohre tragen, die Sammelleitungen unterhalb des Ofenbodens liegen, die Sammelleitungen eine Innenisolation aufweisen und die Reaktionsrohre am unteren Ende mit einer Innenisolation versehen sind, die von der Anschlußstelle der Sammelleitungen bis etwa zur Oberkante des Ofenbodens reicht.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Sammelleitungen mit den Reaktionsrohren über Distanzstücke lösbar verbunden und die Isolierung im unteren Teil der Reaktionsrohre kann zur Auswechslung des in den Reaktionsrohren enthaltenen Katalysators oder der Füllkörper nach Entfernung der Distanzstücke herausgezogen werden.

Um eine lange Lebensdauer der Isolierung zu gewährleisten, wird zweckmäßigerweise im unteren Ende der Reaktionsrohre innerhalb der Isolation jeweils ein Rohr zur Durchleitung des Reaktionsgases vorgesehen.

Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Reaktionsrohre am

unteren Niveau der Isolation einen Entleerungsstutzen zum Austrag der Isolation und einer Katalysatorfüllung aufweisen.

Überraschenderweise zeigt sich, daß auf eine Außenisolierung der Verlängerung der Reaktionsrohre unterhalb des Ofenbodens verzichtet werden kann und eine Innenisolierung dieser Rohre, bei Beibehaltung ihres Außendurchmessers, ausreichend ist, um die Wandtemperatur beträchtlich abzubauen. Eine Beibehaltung des Außendurchmessers des unterhalb des Ofenbodens befindlichen Reaktionsrohrteiles zeigt sich als besonders vorteilhaft, da dadurch ein schadhaftes Reaktionsrohr nach oben durch den Ofenboden gezogen werden kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist gegenüber bekannten Systemen eine Vielzahl von Vorzügen auf. Durch den Wegfall der dünnen Rohrschlangen, der sogenannten Pigtails, wird der Wegfall des Gases von den Spaltrohren zu den Sammlern so kurz wie möglich gehalten. Damit verringert sich der Druckabfall im unteren Teil des Systems und damit der notwendige Energieaufwand für die Druckhaltung des Gases am Austritt des Röhrenofens.

Der reduzierte Umfang und die reduzierte Länge der heißgehenden Verbindungsteile zwischen gegebenenfalls katalysatorgefülltem Reaktionsrohrteil und Sammelrohr vermindern sowohl die Wärmeableitungsfläche als auch die Störanfälligkeit der gesamten Vorrichtung. Die Absenkung der Temperatur im Verbindungsbereich der Reaktionsrohre und Sammelleitungen ermöglicht die Verwendung von C-Stählen, das einfachere Beherrschen der auftretenden Wärmedehnungen, den Einbau von Distanzstükken, insgesamt bei Gewährleistung von verbesserter Dichtheit des Systems an dieser Stelle.

Einzelheiten des Röhrenofens nach der Erfindung werden nachfolgend an Hand der F i g. 2 bis 4 dargestellt.

Dabei zeigt die F i g. 2 das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Sammelleitungen 1, welche die Ausmauerung 2 enthalten, haben Anschlußstutzen 3. An diese werden die Reaktionsrohre 4, die durch den Ofenboden 5 hindurchtreten, angeflanscht.

F i g. 3 zeigt Einzelheiten des unteren Teiles der Reaktionsrohre und der Verbindung mit dem Sammelsystem. Die Sammelleitung 11 enthält eine innere Isolation 12. An ihr sind die Stutzen 13 mit den Flanschen 14 befestigt. Das Isolierstück 15 ist im Inneren des Stutzens angeordnet und paßt sich in die Isolation 12 der Sammelleitung ein. Den Flansch 14 verbindet das Distanzstück 16 mit der Innenisolation 17 mit dem Anschlußflansch 18 des Reaktionsrohres

ίο 19. Dieses Reaktionsrohr enthält die Isolierformstücke 20, welche etwa bis zur Oberkante des Ofenbodens 21 hinaufreichen. Auf dem oberen Isolationsformstück sitzt der Katalysatorträger 22 auf. Dieser ist gelocht und verhindert den Durchtritt des Katalysators in das Innere der Gasführung. Die Entleerung der Katalysatorfüllung erfolgt dadurch, daß die Distanzstücke 16 entfernt und die Halterung 23 der Isolierformstücke 20 gelöst wird. Diese Formstücke werden dann nach unten herausgezogen, so daß der

ao freie Austritt des Katalysators ermöglicht wird.

Eine andere Ausbildungsform wird in F i g. 4 beschrieben. Die isolierte Sammelleitung 11 ist über die ebenfalls isolierten Stutzen 13 mit den unteren Rohrenden 24 fest verbunden. In den Aussparungen 25 der Isolation des Anschlußstutzens werden Rohre 26 eingesetzt, welche in den unteren Teil des Reaktionsrohres 24 hineinragen. Das obere Ende des Rohres 26 weist eine Anzahl von Bohrungen auf, durch die das Reaktionsgas ins Rohrinnere tritt. Der ringförmige Zwischenraum zwischen dem Rohr 24 und dem Rohr 26 wird etwa bis zur Oberkante des Ofenbodens mit Isolierstoff 27 gefüllt, bevor die Katalysatorfüllung in das Reaktionsrohr eingebracht wird. Am unteren Ende des Rohres 24 befindet sich ein Entleerungsstutzen 28, welcher durch den Deckel 29 verschlossen wird. Zum Entleeren des Katalysators wird der Deckel 29 geöffnet und zunächst die Isolierung entfernt. Hierauf kann der Katalysator frei aus dem Reaktionsrohr austreten. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, daß nur an den Deckeln 29 also an keiner krafttragenden Verbindungsstelle eine Undichtigkeit auftreten kann, wodurch die Sicherheit des Betriebes erhöht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Röhrenspaltofen zur indirekten Erhitzung von spaltbaren Medien, insbesondere für die Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Gewinnung von Synthesegas, Stadtgas und Wasserstoff mit einer Mehrzahl von vertikalen Reaktionsrohren und Sammelleitungen, wobei die Reaktionsrohre an ihrem unteren Ende mit den Sammellei- tungen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen die Reaktionsrohre tragen, die Sammelleitungen unterhalb des Ofenbodens liegen, die Sammelleitungen eine Innenisolation aufweisen und die Reaktionsrohre am unteren Ende mit einer Innenisolation versehen sind, die von der Anschlußstelle der Sammelleitungen bis etwa zur Oberkante des Ofenbodens reicht.

2. Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen mit den Reaktionsrohren über Distanzstücke lösbar verbunden sind und die Isolierung im unteren Teil der Reaktionsrohre nach Entfernung der Distanzstücke herausgezogen werden kann.

3. Röhrenofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich im unteren Teil der Reaktionsrohre innerhalb der Isolation jeweils ein Rohr zur Durchleitung des Reaktionsgases befindet.

4. Röhrenofen nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsrohre am unteren Niveau der Isolation einen •Entleerungsstutzen zum Austrag der Isolation und einer Katalysatorfüllung aufweisen.