DE2035112B2

DE2035112B2 - Ofen zur thermischen spaltung von kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE2035112B2
Application number: DE19702035112
Authority: DE
Inventors: Takehiko Yokkaichi Mie; Fukui Saburo Hiroshima; Sato (Japan)
Original assignee: Mitsubishi JukogyoK.K.; Mitsubishi Petrochemical Co. Ltd.; Tokio
Priority date: 1969-07-17
Filing date: 1970-07-15
Publication date: 1977-04-07
Also published as: ES381924A1; FR2055313A5; GB1257616A; HU163593B; CS161758B2; YU178670A; RO61660A; CA929323A; DE2035112A1; NL7010608A; US3630176A; YU33303B; NL145271B; SU423316A3

Description

_aUch durch eine raumsparende Bauweise aus. Dadurch, so da:3 damit zu rechnen ist, daß die Strahlungswärme daß der Strahlungsatedmitt durch eine die Wärme- aus der Strahlungszone mit hoher Temperatur durch strahlung reflektierende Platte von dem darunter an- die Austrittsöffnung entweicht, wodurch die Tempegeordneten Konvektionsabschnitt getrennt ist, wird ratur in der Strahlungszone verringert und eine unein unerwünschter Wanneveriust ,nfolge einer Wärme- 5 regelmäßige Aufheizung der Rohre verursacht wird, abstrahlung an den Konvektionsabschnitt vermieden. Andererseits muß die Konvektionszone bei diesen be-Diese Platte tragt daher dazu bei, in dem Strahlungs- kannten Öfen aus hochhitzefestem Material bestehen, abschnitt eine gleicnformige Temperaturverteilung zu um eine Zerstörung derselben durch die Strahlungserzielen, hitze zu vermeiden, was mit dem Nachteil hoher Her-Im Zusammenhang mit einem Ofen zur thermischen _l0 Stellungskosten und eines hohen Gewichts verbunden Spaltung von Kohlenwasserstoffen ist es zwar ms der ist. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Rohre US-PS 34 50 507 an sich bereits bekannt, die Rohr- durch die Flammen zerstört werden. Die heißen schlange an Federn aufzuhängen, damit sich diese bei Flammen in der Strahlungszone sind nämlich zu der ihrer Erwärmung frei ausdehnen kann. Dieser be- Austrittsöffnung hin gerichtet, wobei sie mit den Rohkannte Ofen ist aber hinsichtlich der Fuhrung der Ver- _I5 ren in Berührung gelangen, so daß diese infolge einer brennungsgase mit dem erfindungsgemäßen Ofen örtlichen Überhitzung durch die Flammen sehr stark nicht vergleichbar. belastet werden und nur eine relativ kurze Lebens-Aus den US-PS 32 30 052 und 32 67 915 ist auch dauer aufweisen. Im übrigen ist bei einer nach oben bereits ein Ofen zur thermischen Spaltung von Kohlen- gerichteten Strömung des Brenngases die erzielbare Wasserstoffen bekannt, bestehend aus einem Strah- 20 Temperatur-Gleichmäßigkeit in vertikaler Richtung Jungsabschnitt mit rechteckigem Querschnitt und innerhalb des Ofens nicht so gut wie bei einer nach einem von diesem räumlich getrennten Konvektions- unten gerichteten Strömung.

abschnitt, mit mehreren im Strahlungsabschnitl ange- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in ordneten Brennern, mit einem vom Strahlungsab- den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausfühschnitt ausgehenden und in den Konvektionsab- 25 rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
schnitt einmündenden Kanal für die Verbrennungs- Fig. 1 einen Schnitt nach der Linie I-I in F i g. 2 gase, mit einem vom Konvektionsabschnitt ausgehen- durch den erfindungsgemäßen Ofen, und
den Abzug für die Verbrennungsgase und mit einer in F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie ll-II in F i g. 1. dem Konvektionsabschnitt angeordneten Rohr- Der Ofen weist einen Rahmen 1 und Seitenwände 2 schlange zum Vorwärmen der Kohlenwasserstoffe, die 30 auf, die mit Vorder- und Rückwänden 3, einer Decke 4, mit einer in dem Strahlungsabschnitt senkrecht ange- einem Bett 5 und einer wärmeisolierenden Reflexionsordneten Rohrschlange verbunden ist, wobei die Kohr- platte 6 kombiniert sind, um einen Strahlungsschlange in der Symmetrieebene des Strahlungs- abschnitt 7 zu bilden. Entlang dem Teil des Strahabschnitts angeordnet und an durch Gegengewichte !ungsabschnitts 7, das die vertikalen Hälften der Vorbelasteten Seilen aufgehängt ist, wobei die im Strah- 35 der- und Rückwände verbindet, ist ein Bündel von lungsabschnitt angeordneten Brenner den beiden vertikalen Rohren 8 in Zickzack- oder gewundener Seitenwänden des Strahlungsabschnitts, die der Rohr- Form innerhalb des Strahlungsabschnitts mit Hilfe schlange gegenüberliegen, benachbart sind, wobei von Aufhängern 10 aufgehängt, die mit Federn 9 ausdiese Seitenwände mit symmetrisch angeordneten gerüstet und durch die Decke 4 hindurch angeordnet Schultern versehen sind, an die sich ein konvergieren- 40 sind. Die Feder 9 dient dazu, die Wärmeverformung der Bereich des Strahlungsabschnitts anschließt, und der Rohre 8 aufzunehmen. Mehrere Flachflammenwobei in diese Schultern mehrere Brenner eingesetzt brenner 11 sind durch die Decke 4 hindurch vorgesind, die dicht neben und parallel zu den geneigten sehen und so angeordnet, daß sie Flammen abgeben, Seitenwänden des konvergierenden Bereichs des Strah- die so weit wie möglich entlang den Seitenwänden 2 lungsabschnitts angeordnet sind. 45 nach unten reichen. Auch entlang einer horizontalen Bei diesen bekannten Öfen sind die Brenner aber Linie im mittleren Teil der Seitenwände sind mehrere nach oben gerichtet, um eine nach oben gerichtete Flachflammenbrenner 12 vorgesehen, die nach unten Strömung des Brenngases zu bewirken, wobei die gerichtete Flammen dicht entlang an den Seitenwänden Konvektionszone seitlich oberhalb der Strahlungszone erzeugen, um dadurch mit den Brennern 11 an der angeordnet ist und mit dieser über eine seitliche Aus- 50 Decke zusammenzuarbeiten, um die Seitenwände 2 trittsöffnung für das Brenngas verbunden ist. Das hat auf Rotglut zu erhitzen, so daß das Bündel von aber zur Folge, daß eine ordnungsgemäße Aufheizung Rohren 8 durch die Strahlungswärme von den Seitender Rohre nicht zuverlässig bewirkt werden kann. Die wänden 2 und den Brennerflammen gleichmäßig er-Austrittsöffnung ist nämlich in einem Teilbereich der hitzt werden kann. Um den Einbau der Brenner 12 in Seitenwand der Strahllingszone angeordnet, so daß es 55 den Seitenwänden zu erleichtern, haben die mittleren unmöglich erscheint, die Rohre derart anzuordnen, Teile der Seitenwände einen Schulterabschnitt 13, wie daß sie von den Strahlungswänden vollständig um- er in F i g. 1 gezeigt ist, obwohl es nicht wesentlich ist, geben sind, so daß die Rohre auch nicht über ihre ge- wo die Erfordernisse zum Erhitzen der Seitenwände, samte Länge von beiden Seiten her gleichmäßig auf- wie es oben erwähnt wurde, ausreichend erfüllt werden, geheizt werden. Die zwischen der Strahlungszone und 60 Zwischen der wärmeisolierenden Reflexionsplatte und der Konvektionszone angeordnete AnstriUsöffnung dem Bett 5 sind mehrere Gaskanäle 14 ausgebildet, bildet auch keine Strahlungswand, was mit dem Nach- durch die Verbrennungsgas vom Strahlungsabschnitt 7 teil verbunden ist, daß nicht die gesamte Oberfläche nach unten in den Konvektionsabschnitt 15 strömt, der Rohre als Wärmeübertragungsfläche ausgenutzt Der Konvektionsabschnitt 15 ist durch gegenüberwird. Es ist auch ein beachtlicher Würmeverlust aus 65 liegende Seitenwände 16, die Vorder- und Rückder Strahlungszone zu erwarten, weil zwischen der wände 3, die wärmeisolierende Reflexionsplatte 6 und Strahlungszone und der Konvektionszone keine die eine Bodenplatte 17 begrenzt. Im oberen Raum des Wärmestrahlung reflektierende Platte vorgesehen ist, Konvektionsabschnitts sind horizontal in Zickzack-

oder gewundener Art Rohre 18 zum Vorerhitzen des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials in Verbindung mit dem Einlaßende des Bündels von Rohren des Strahlungsabschnitts 7 vorgesehen. Unterhalb der Rohre zum Vorerhitzen sind Wasserrohre 19 in ähnlicher Anordnung gelegt. Diese Wasserrohre 19 dienen zum Vorerhitzen von Wasser, das einem schnellkühlenden Wärmeaustauscher 24 zugeführt werden soll. Der Ofen ist auch mit einem Kamin 20 für das Verbrennungsgas, einem Auslaß 21 für Abgas, einer Einlaßöffnung 22 für das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial und einem Auslaß 23 für daspyrolysierteGas versehen, der mit dem schnellkühlenden Wärmeaustauscher 24 in Verbindung steht, der auf der Oberseite des Ofens oberhalb der Decke 4 des Konvektionsabschnitts angeordnet ist.

Bei dem Heizofen der obengenannten Konstruktion werden die zu behandelnden Kohlenwasserstoffe durch die Einlaßöffnung 22 des Konvektionsabschnitts in die vorerhitzenden Rohre 18 eingeleitet, und während sie durch die Rohre hindurchläuft, wird die Füllung durch Wärmeaustausch mit dem Abgas vom Strahlungsabschnitt 7 auf eine optimale Temperatur für die Einleitung der Pyrolyse erhitzt. Die Ladung strömt dann im Zickzack durch die vertikalen Rohre 8 des Strahlungsabschnitts 7 auf und ab, während sie hauptsächlich durch die Strahlungswärme von den Seitenwänden 2 schnell erhitzt wird, die durch die Brenner 11 und 12 in der Decke und in den Seitenwänden und auch durch die langen nach unten gerichteten Flammen von diesen Brennern auf Rotgiut erhitzt worden sind, und dadurch wird die pyrolytische Reaktion in der gewünschten Weise vervollständigt. Das Reaktionsprodukt wird durch den Auslaß 23 in nachfolgende Einrichtungen geleitet, wie z. B. den schnellkühlenden Wärmeaustauscher 24. Andererseits strömt das Verbrennungsgas von den Flachflammenbrennern 11 und 12 im Strahlungsabschnitt 7 entlang dem Bündel von Rohren 8 und den Seitenwänden 2 nach unten in den Konvektionsabschnitt 15 durch die Kanäle 14, die zwischen der wärmeisolierenden Reflexionsplatte 6 und dem BettS ausgebildet sind. Nach dem Wärmeaustausch mit den vorerhitzenden Rohren 18 und den Wasserrohren 19 wird es durch den Kamin 20 geleitet und schließlich durch einen nicht gezeigten Schornstein ausgestoßen.

Durch die oben beschriebene Konstruktion hat der Röhrenofen zum Erhitzen gemäß der Erfindung eine Anzahl von Vorteilen, wie sie nachfolgend aufgeführt werden:

1) Selbst wenn Brenner mit erhöhter Leistung verwendet werden, bilden die Flammen im Strahlungsabschnitt parallele Ströme zu dem Bündel von Rohren, wodurch eine direkte Berührung zwischen den Flammen und dem Röhrenbündel vemieden wird. Daher kann die Anzahl der erforderlichen Brenner herabgesetzt und Brennstoffe mit geringen Schmutzablagerungen und niedrigen Verbrennungswerten verwendet werden, beispielsweise Schweröl der Güteklasse C und andere billige flüssige Brennstoffe. Das erspart nicht nur Einbaukosten sondern ermöglicht zusätzlich ein Dampfblasen an den Brennerspitzen, wodurch es möglich wird, den Ofen vorteflhaft zu betreiben und zu warten.

2) Da die Brenner mit den Spitzen nach unten gerichtet «ingebaut werden, wird der Brennstoff, selbst wenn er schlecht verteilt ist, im Inneren des Ofens heruntertropfen, ohne die Möglichkeit, sich an den Brennerkacheln abzulagern und dort eine Verkohlung hervorzurufen. Auch besteht selbst dann, wenn der Brennstoff aus dem Ofen ausläuft, keine Gefahr des Feuerfangens.

3) Der Strahlungsabschnitt des Ofens ist von der wärmeisolierenden Decke, dem Bett und den Seitenwänden und auch von der wärmeisolierenden Reflexionsplatte umgeben. Außerdem erzielen die nach unten gerichteten Langflammenbrenner eine gleichmäßige strahlende Wärmeverteilung. Diese Merkmale tragen dazu bei, die Möglichkeiten örtlicher Überhitzung und Verkohlung zu vermindern und gute Reaktionsbedingungen aufrechtzuerhalten.

4) Die Anordnung des Konvektionsabschnitts unterhalb des Strahlungsabschnitts und das Vorhandensein geeigneter Kanäle für Verbrennungsgas zwisehen der wärmeisolierenden Reflexionsplatte und dem Bett ermöglichen es, daß der Ofen eine rektifizierende Wirkung auf das Verbrennungsgas hat. Da das Verbrennungsgas gleichmäßig nach unten strömt, kann außerdem eine ungleichmäßige Erhitzung in dem Konvektionsabschnitt infolge verschobener Konvektion vermieden werden, und die Produktausbeute wird entsprechend erhöht.

5) Der relativ schwere Konvektionsabschnitt ist an .einer tiefen Stelle angeordnet, so daß er leicht herzustellen und zu warten ist. Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich vom Standpunkt der Ofenauslegung, wenn der Konvektionsabschnitt unterhalb und entlang des Strahlungsabschnitts vorgesehen wird, so daß der Ofen aus zwei Strahlungsabschnitten und aus einem Konvektionsabschnitt besteht.

6) Da die Brenner hoch angebracht sind, besteht nur eine geringe Möglichkeit, daß irgendein brennbares Gas, das schwerer ist als Luft, seinen Weg von der Außenseite in direkte Berührung mit den Flammen innerhalb des Ofens findet, und somit ist ein hoher Grad an Sicherheit gewährleistet.

Nachfolgend wird ein Beispiel einer Äthylen-Pyro-

lyse mit einem Heizofen gemäß der Erfindung erläutert.

Der verwendete Heizofen war ein vertikaler Röhrenofen gemäß der Erfindung, der einen Ofenkörper mit 2,9 m Weite, 4,7 rn Länge und 9,6 m Höhe aufweist.

Er hatte zwölf Flachflammenbrenner in der Decke und zehn solcher Brenner in den Seitenwänden. In diesem Ofen wurde Erdöl mit einem spezifischen Gewicht von 0,7012 (bei 15/4⁰C) und einem Molekulargewicht von pyrolysiert. Das Ausgangsmaterial wurde in diesem

Fall in einer Menge von 6,200 kg Erdöl pro Stunde mit 3,200 kg Wasserdampf pro Stunde behandelt Durch die flachen Brenner wurde eine Hitzemenge von 4,3 · 10" Kcal/h dem Strahlungsabschnitt zugeführt, so daß der Rohreinlaß im Strahlungsabschnitt auf

560⁰C und die Auslaßtemperatur des Ofens auf 840⁰C gehalten werden konnten. Als Ergebnis wurde die Zusammensetzung aus einem pyrolysierten Gas erzielt, das unten aufgeführt ist Für die Brenner wurde ein gemischter Brennstoff verwendet, der aas

50% Schweröl der Güteklasse C und aus 50% bei der Athylenherstellung rückgewonnenem Abgas bestand, das hauptsächlich aus Wasserstoff und Methan zusammengesetzt war.

\J

1 1

Komponente

Hj CH4 C2H2 C2H4 C3

C₄	Q-	C.	C_s Ant.	—
Ant.	arom	. Ant.	nichtar.	Ant.
			unter S.	ρ
			180° C

Gewicht (%) 1,2 16,4 0,33 29,5 16,2 7,77

13,3

11,41

Bemerkungen:

1) Die Verhältnisse der Zusammensetzung wurden auf der Basis von trockenem Gas kalkuliert.

2) Ant. bedeutet Anteil.

3) Arom. bedeutet aromatisch.

4) S.-P. bedeutet Siedepunkt.

5) Nichtar. bedeutet nichtaromatisch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

X Z

980

&!■*. S

Claims

Patentanspruch:

Ofen zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen, bestehend aus einem StrahJungsabschnitt mit rechteckigem Quersclinitt und einem von diesem räumlich getrennten Konvektionsabschnitt, mit mehreren im Strahlungsabschnitt angeordneten und nach unten gerichteten Bren-

nungsgase, mit einer in dem Konvektionsabschnitt angeordneten Rohrschlange zum Vorwärmen der Kohlenwasserstoffe, die mit einer in dem Strahlungsabschnitt senkrecht angeordneten Rohrschlange verbunden ist, und mit einer außerhalb des Strahlungsabschnitts angeordneten Kühleinrichtung zum Abkühlen der gespaltenen Kohlenwasserstoffe.

In der FR-PS 9 84 365 ist bereits ein Ofen dieser Gattung beschrieben. Bei diesem bekannten Ofen sind

nern, mit einem vom unteren Bereich des Strah- io die Brenner ausschließlich in der Decke des Strahlungsabschnitts ausgehenden und in den Konvek- lungsabschnitts angeordnet, und die vertikalen Rohrschlangen sind auf beiden Seiten der Brenner in geringem Abstand von den Seitenwänden des Strahlungs

abschnitts angeordnet. Das hat jedoch eine ungleich-

tionsabschnitt einmündenden Kanal für die Verbrennungsgase, mit einem vom unteren Bereich des Konvektionsabschnitts ausgehenden Abzug für

die Verbrennungsgase, mit einer in dem Konvek- 15 mäßige Erwärmung der Rohrschlangen zur Folge, tionsabschnitt angeordneten Rohrschlange zum weil diese einerseits nur auf ihrer den Brennern zugekehrten Seite von der Wärmestrahlung der Brennerflammen erhitzt werden, und da andererseits die Temperatur der Brennerfiammen nach unten hin abnimmt. Weiterhin ist der Konvektionsabschnitt bei diesem bekannten Ofen neben dem Strahlungsabschnitt angeordnet, wobei ein Kanal für die Verbrennungsgase

Vorwärmen der Kohlenwasserstoffe, die mit einer in dem Strahlungsabschnitt senkrecht angeordneten Rohrschlange verbunden ist, und mit einer außerhalb des Strahlungsabschnitts angeordneten Kühl- ao einrichtung zum Abkühlen der gespaJtenen Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsabschnitt (7) unmittelbar über dem Konvektionsabschnitt (15) angeordnet und

an der Stirnseite des Strahlungsabschnitts austritt.

Die Brennerflammen werden demzufolge in der

von diesem durch eine die Wärmestrahlung reflek- 25 Strahlungszone seitlich zu diesem Kanal hin abgetierende Piatte (6) getrennt ist, daß Kanäle (14) für ienkt, wodurch die ungleichmäßige Erwärmung der den Durchtritt der Verbrennungsgase zwischen der
Platte (6) und den beiden Seitenwänden (2) des

Strahlungsabschnitts (7) ausgespart sind, daß die

Rohrschlangen noch verstärkt wird.

Diese ungleichmäßige Erwärmung der Rohrschlangen hat jedoch zur Folge, daß deren Kapazität nicht

Rohrschlange (8) in der Symmetrieebene des Strah- 30 voll ausgenutzt werden kann, wenn eine Zerstörung

lungsabschnitts (7) angeordnet und in an sich bekannter Weise an Federn (9) aufgehängt ist,, daß die in der Decke (4) des Strahlungsabschnitts (7) angeordneten Brenner (11) den beiden Seitenwänden (2) des Strahlungsabschnitts (7), die der Rohrschlange (8) gegenüberliegen, benachbart sind, daß diese Seitenwände (2) mit symmetrisch angeordneten Schultern (13) versehen sind, an die sich ein nach unten konvergierender Bereich des Strah-

der Rohrschlangen infolge einer übermäßigen örtlichen Erhitzung mit Sicherheit vermieden werden soll.

Der Erfindung lie^t die Aufgabe zugrunde, diesen bekannten Ofen dahingehend zu verbessern, daß eine gleichmäßige Erwärmung der in dem Strahlungsabschnitt angeordneten Rohrschlange erzielt wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Strahlungsabschnitt unmittelbar über dem Konvekvionsabschnitt angeordnet und von die-

lungsabschnitts (7) anschließt, daß in diese Schul- 40 sem du^ch eine die Wärmestrahlung reflektierende tern (13) mehrere nach unten ragende Brenner (12) Platte getrennt ist, daß Kanäle für den Durchtritt der eingesetzt sind, die dicht neben und parallel zu den Verbrennungsgase zwischen der Platte und den beiden geneigten Seitenwänden (2) des konvergierenden Seitenwänden des Strahlungsabschnitts ausgespart Bereichs des Strahlungsabschnitts (7) angeordnet sind, daß die Rohrschlange in der Symmetrieebene des sind, und daß die Kühleinrichtung (24) unmittelbar 45 Strahlungsabschnitts angeordnet und in an sich beüber der Strahlungszone (7) angeordnet und mit kannter Weise an Federn aufgehängt ist, daß die in der dem durch die Decke (4) der Strahlungszone hin- Decke des Strahlungsabschnitts angeordneten Brenner durchgeführten Austrittsrohr (23) der Rohr- den beiden Seitenwänden des Strahlungsabschnitts, die schlange (8) verbunden ist. der Rohrschlange gegenüberliegen, benachbart sind,

daß diese Seitenwände mit symmetrisch angeordneten Schultern versehen sind, an die sich ein nach unten konvergierender Bereich des Strahlungsabschnitts anschließt, daß in diese Schultern mehrere nach unten ragende Brenner eingesetzt sind, die dicht neben und parallel zu den geneigten Seitenwänden des konvergierenden Bereichs des Strahlungsabschnitts angeordnet sind, und daß die Kühleinrichtung unmittelbar

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ofen zur ther- über der Strahlungszone angeordnet und mit dem mischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen, bestehend durch die Decke der Strahlungszone hindurchgeaus einem Strahlungsabschnitt mit rechteckigem Quer- 60 führten Austrittsrohr der Rohrschlange verbunden ist. schnitt und einem von diesem räumlich getrennten Mit der Erfindung wird in der Strahlungszone eine

Konvektionsabschnitt, mit mehreren im Strahlungs- zu der Rohrschlange symmetrische Strömung der abschnitt angeordneten und nach unten gerichteten Verbrennungsgase mit im wesentlichen einheitlicher Brennern, mit einem vom unteren Bereich des Strah- Temperatur erzielt, so daß die Rohrschlange in allen lungsabschnitts ausgehenden und in den Konvektions- 65 Bereichen gleichförmig erhitzt wird. Die Kapazität der abschnitt einmündenden Kanal für die Verbrennungs- Rohrschlange kann daher ohne die Gefahr einer örtgase, mit einem vom unteren Bereich des Konvek- liehen Überhitzung besser ausgenutzt werden. Der ertionsabschnitts ausgehenden Abzug für die Verbren- findungsgemäße Ofen zeichnet sich darüber hinaus