DE1901758C3 - Röhrenelement für einen Röhrenofen zum katalytischer! Umsetzen von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rohrenelement für einen Röhrenofen zum Umsetzen von Kohlenwasserstoffen mil Wasserdampf an einem indirekt beheizten Katalysator, mit einem an einem Ende geschlossenen Außenrohr und einem darin angeordneten, aus dem Außenrohr herausführenden, nahe dem geschlossenen Ende des Außenrohrs offenen Innenrohr und mit Kalalysatormaterial im Bereich zwischen Innen- und Außenrohr.

Bei der Umwandlung oder Reformierung von Flüssigkeiten oder Gasen auf Kohlenwasserstoffbasis ist es bekannt, die Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf, eventuell unter Zusatz von Luft oder Sauerstoff, kontinuierlich im sogenannten Röhrenofen, nachfolgend auch Wärmebehandlungsofen genannt, vorzunehmen. Zur Erzeugung von technisch verwendbaren Gasen, wie z. B. Synthese- oder Stadtgasen, dienen kubisch oder zylindrisch ausgebildete öfen, die je nach Produktionskapazität eine Anzahl von Röhrenelementen aus hitzebeständigem Material von beispielsweise 50 bis 200 mm Durchmesser und einer Länge von etwa 3 bis 8 m enthalten. Die kontinuierliche Umsetzung der Reaktionsgemische, bestehend aus Kohlenwasserstoffen, Dampf und/oder Luft bzw. Sauerstoff, erfolgt bei vorgegebenen Verfahrensbedingungen, wie Druck und Temperatur, an einem in die Röhrenelemente eingebrachten Katalysator. Die mit Katalysatormaterial gefüllten Röhrenelemente werden meist direkt beheizt, um den hohen Reaktionswärmebedarf zu dekken. Bei diesen hohen Temperaturen treten sehr große Materialbeanspruchungen auf, auch wegen der erheblichen Längenänderungen der Rohre bei den auftretenden Temperaturänderungen.

Bekannt sind neben einfachen, glatt durch den Wärmebehandlungsofen geführten Rohren auch gebogene

758

durchgehende Rohre, wie man sie ganz allgemein bei Wärmeaustauschern kennt. Ein Röhrenelement mit Innen- und Außenrohr und einem Katalysator dazwischen ist aber durch die hohen Feuerraumtemperaiuren besonders gefährdet, wei! durch unterschiedliche Verformungen der Rohre starke Spannungen auftreten. Dazu begünstigen unterschiedliche Dehnungs- und Festigkeitseigenschaften des eingefüllten Katalvsatormaterials gegenüber den Röhren deren Deformation. Es zeigt sich, daß diese Verformungen insbesondere dann zur Zerstörung oder Beschädigung der Reaktionselemente führen, wenn diese stark und häufig wechselnden Temperaturen ausgesetzt werden. In der Praxis versucht man daher, die Röhrenelemente unter möglichst konstanten Temperatur- und Belastungsbedingungen zu betreiben und die Aufheiz- und Abkühlungsprozesse nur sehr langsam und schrittweise durchzuführen. Kurzzeitige Betriebsunterbrechungen sowie die intermittierende Betriebsweise, wie sie etwa von Gasversorgungsunternehmen zum Zwecke der Spitzenabdeckung erwünscht werden, sind praktisch nicht oder nur unter Inkaufnahme eines erhöhten Kostenaufwandes durch verminderte Lebensdauer der Röhrenelemente möglich.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die genannten Schwierigkeiten zu beheben und Röhrenelemente der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die extreme Temperaturwechsel und den intermittierenden Betrieb der damit bestückten Reaktoren erlauben. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Innenrohr praktisch über seine ganze Länge wendel- oder wellenförmig gebogen ist und in der Nähe des geschlossenen Endes des Außenrohrs durch einen Katalysator-Stützrost in einen katalysatorfreien Raum ragt.

Der besondere Vorteil der Erfindung liegt in der Möglichkeit, einen mit derartigen Röhrenelementen bestückten Wärmebehandlungsofen kurzzeitig abzustellen, ohne ihn durch den sonst üblichen Warmhaltebetrieb auf einer Mindesttemperatur halten zu müssen. Durch die Formgebung des Innenrohres wird die Wärmeaustauschfläche erhöht. Dadurch kann die Länge des Röhrenelements bei gleichzeitiger Optimierung des Rohrdurchmessers auf eine Mindestlänge reduziert werden. Neben der Einsparung von teuren, hochlegierten Werkstoffen bringt dies auch den wirtschaftlichen Vorteil, daß der Röhrenofen selbst verkleinert werden kann. Ferner liegt ein bedeutende- Vorteil in der Verringerung der Austrittstemperaturen des umgesetzten Reaktionsgemisches, wodurch der Einsatz von preisgünstigen Werkstoffen technisch ermöglicht wird. Die unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen dem Innen und Außenrohr und die damit verbundene Reibung mit dem Katalysator wird auf ein unschädliches Maß reduziert.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das wendel- oder wellenförmig gebogene Innenrohr über seine ganze Länge von einem Schutzrohr umgeben, wobei der Katalysatorraum durch den Ringspalt zwischen dem Schutzrohr und dem Außenrohr gebildet wird. Das Schutzrohr verhindert eine direkte Berührung und somit auch eine Beschädigung des Innenrohrs durch den eingefüllten Katalysator.

In weiterer Ausbildung der Erfindung können das bzw. die innerhalb des Außenrohrs befindlichen Rohre am oberen Ende des Außenrohrs von einem Kompensator, beispielsweise Wellrohrkompensator, gehalten werden. Dadurch werden unterschiedliche Ausdehnungen der Rohre in einfacher Weise aufgefangen. Zweck-

mäßigerweise dient der Kompensator in Verbindung mit dem Außenrohr zur Abdichtung des Kontaktraums.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Beispiele näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Röhrenelement im Längsschnitt,

F i g. 2 ein Röhrenelement im Längsschnitt, dessen Innenrohr mit einem Schutzrohr umgeben ist.

Wie in F i g. 1 dargestellt ist, besteht das Röhrenelement aus einem an beiden Enden geschlossenen Außenrohr 1 und einem über die gesamte Länge wendelförmig gebogenen Innenrohr 2, das am Kopfende mit dem Außenrohr 1 fest verbunden ist. Das wendelförmig gebogene Innenrohr 2 ist in bestimmten Abständen mit Führungsstutzen 2a versehen. Das Reaktionsgemisch tritt durch einen am Innenrohr 2 angebrachten Eintrittsstutzen 3 ein. Ein Wechseln der Strömungsrichtung des Ein- und Austrittsmediums in die umgekehrte Richtung ist möglich. Das umgesetzte Reaktionsgemisch wird über einen seitlich am oberen Ende des Außenrohrs f angeschweißten Austrittsstutzen 4 abgeleitet. Unterhalb des oberen Rohrendes, an welchem die Ein- und Austrittsstutzen 3 und 4 angebracht sind, befindet sich eine Auflagevorrichtung 5, die in Verbindung mit einem an dem Wärmebehandlungsofen befestigten, hier nichf gezeigten Gegenstück die Einhängung des Röhrenelements in den Ofen ermöglicht. Die Auflagevorrichtung 5 ist mit einer Führung für Abdichtungsmaterial versehen. Am unteren Ende des Innenrohrs 2 befindet sich ein aus mehreren Ringen bestehender Katalysator-Stützrost 6, der mit den Segmenten 7 und dem Innenrohrende 8 verbunden ist. Die Segmente 7 dienen zur Abstützung des Katalysatorrostes 6. Der Stützrost 6 trägt das in den zwischen dem Außendurchmesser des Innenrohres 2 und dem Innendurchmesser des Außenrohrs 1 gebildeten Ringspalt 9 eingebrachte, nicht dargestellte Katalysatormaterial.

F i g. 2 zeigt das Röhrenelement mit dem Außenrohr 1, den Ein- unu Austrittsstutzen 3 und 4, der Auflagevorrichtung 5, dem Katalysatorrost 6 und den Segmenten 7, wobei das Innenrohr 2 auf seiner ganzen Länge von einem Schutzrohr 10 umgeben ist. Das Schutzrohr 10 ist durch einen Wellenrohrkompensator 11 mit dem Ende des Außenrohrs 1 verbunden. Das Innenrohr 2 ist unterhalb des Endes des Eintrittsstutzens 3 am Schutzrohr 10 befestigt. Zwischen dem Außendurchmesser des Schutzrohrs 10 und dem Innendurchmesser des Außenrohrs 1 befindet sich der Ringspalt 9 zur Aufnahme des Katalysators.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche: 1901

1. Röhrenelement für einen Röhrenofen zum Umsetzen von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf an einem indirekt beheizten Katalysator, mit einem an einem Ende geschlossenen Außenrohr und einem darin angeordneten, aus dem Außenrohr herausführenden, nahe dem geschlossenen Ende des Außenrohrs offenen Innenrohr und mit Katalysatormaterial im Bereich zwischen Innen- und Außenrohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (2) praktisch über seine ganze Länge wendel- oder wellenförmig gebogen ist und in der Nähe des geschlossenen Endes des Außenrohrs (1) durch einen Katalysator-Stützrost (6) in einen katalysatorfreien Raum ragt.

2. Röhrenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr mit der Innenseite des Außenrohrs zusammenwirkende Führungsnokken (2a) aufweist.

3. Röhrenelement nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr auf seiner ganzen Länge von einem Schutzrohr (10) umgeben ist.

4. Röhrenelement nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Außenrohrs befindlichen Rohre (2. 10) über einen Kompensator (11) am oberen Ende des Außenrohrs befestigt sind.

30