DE3734216C1 - Waermetauscheranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmetauscheranlage für heiße strömende Gase aus Spaltgasöfen, bestehend aus mehreren parallel geschalteten Wärmetauschern, die jeweils gasseitig, einerseits mit einem Spaltofen und andererseits mit einem Sammler verbunden sind, die eine nachgschaltete Öl-Einspritzung aufweist, wobei die einzelnen Wärmetauscher jeweils einen rohrförmigen Heißgasdurchgang mit einem Einlaß und Auslaß aufweisen, der über den größten Teil seiner Länge von einem Kühlmantel umgeben ist, der aus achsparallelen Rohren gebildet ist, die jeweils gasdicht miteinander verbunden sind und einen Einlaß und einen Auslaß für das Kühlmittel aufweisen.

Derartige Wärmetauscher werden für die Kühlung von Prozeßgasen, insbesondere von Spaltgasen aus thermischer Spaltung von gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen eingesetzt. Sie werden u. a. als Einrohrapparate ausgeführt, die an jedem einzelnen Spaltrohr-Austritt anschließen und deren gasseitiger Querschnitt dem des Spaltofen-Austritts entspricht. Bei Spaltöfen, welche mit einer einstufigen Spaltgaskühlung ausgerüstet sind, ist bei der Auslegung des Wärmetauschers die Bandbreite der einzusetzenden Rohstoffe (Gas bis Gasoil) zu berücksichtigen. In der Regel wird die Spaltgasaustrittstemperatur aus dem Wärmetauscher für den sauberen Zustand des Apparates so gewählt, daß bei leichten Einsatzprodukten eine noch wirtschaftliche Energierückgewinnung erzielt wird und bei schweren Produkten die Verkokungsneigung auf den Kühlflächen des Wärmetauschers erträglich bleibt. Der Temperaturbereich des Spaltgases hinter dem Wärmetauscher ist aus diesen Gründen auf in der Regel 420°-550° C (bei sauberen Heizflächen) begrenzt. Hinter dem Wärmetauscher ist eine Öl-Einspritzung vorgesehen, die in der Regel einstufig ist und die weitere Abkühlung des Spaltgases übernimmt.

Es wird in Kauf genommen, daß die Kühlflächen bei schweren Einsätzen relativ stark verkoken und somit eine Gasaustrittstemperatur bis etwa 650° C hinter dem Wärmetauscher erreicht wird. Eine periodische Reinigung der Kühler von Koksablagerungen ist erforderlich.

Bei Spaltöfen, welche mit einer zweistufigen Spaltkühlung ausgerüstet sind, besteht das Wärmetauschersystem regelmäßig aus einer großen Anzahl von einstufigen Wärmetauschern, welche an einzelne Ofenaustritte anschließen. Die einstufigen Wärmetauscher geben das Gas mit etwa 550°-650° C in einen Sammler ab. Bei Einsatz von leichten Produkten (Gas, Leichtbenzin) erfolgt die weitere Kühlung der Spaltgase in einem weiteren Wärmetauscher, der in der Regel als großvolumiger Einzelapparat pro Ofeneinheit vorgesehen wird.

Bei Einsatz von schweren Produkten (Gasoil, Vakuumgasoil, hydrierter Rückstand) wird das Spaltgas direkt aus dem Sammler hinter der ersten Wärmetauscherstufe entnommen und der nachgeschalteten Öl-Einspritzung zugeführt; der nachgeschaltete Wärmetauscher wird bei dieser Fahrweise nicht betrieben.

Nachteilig beim einstufigen Verfahren ist die Beschränkung auf ein relativ schmales Produktband, um zu starke Verkokungen zu vermeiden. Andererseits ist durch die Kompromißauslegung die Energieausbeute bei leichten Einsätzen geringer als technisch möglich. Gegebenenfalls kann eine Beschränkung der Laufzeit durch das Kühlsystem durch dessen Verkokung bei Schwereinsatzprodukten auftreten. Vorteilhaft sind das unkomplizierte kostengünstige System ohne heiße Verbindungsleitung zwischen den beiden Wärmetauscherstufen und die insgesamt wenig aufwendige Bauweise.

Das zweistufige Wärmetauschersystem ist durch die Aufteilung der ersten und zweiten Wärmetauscherstufen auf zwei getrennte Systeme, welche mit einer aufwendigen heißgehenden Zwischenverbindung (Rohrleitung bei 650°-680° C) verbunden ist, sehr kostenintensiv. Hinzu kommt, daß die Druckverluste des Gesamtsytems aufgrund der relativ langen Rohrleitungen hoch sind; dies wirkt sich negativ auf den Verlust der Spaltung in Röhrenspaltöfen aus. Vorteilhaft ist die Möglichkeit, die Wärmetauscheranlage entweder nur einstufig bei schweren Stoffen oder zweistufig bei leichten Stoffen betreiben zu können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches zweistufiges Wärmetauschersystem zu schaffen, das geeignet ist, die Kühlung von Spaltgas aus Kurzzeitspaltöfen, welche für den flexiblen Betrieb mit wechselnden Einsatzprodukten ausgelegt sind, zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Wärmetauscheranlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die folgenden Merkmale aufweist, und zwar daß

• a) der Kühlmantel über den größten Teil seiner Länge von einem rohrförmigen Mantel umhüllt ist, der durch Öffnungen im oberen Teil des Kühlmantels gasseitig mit dem Heißgasdurchgang verbunden ist,
• b) an beiden Enden des Kühlmantels achsgleich gasdicht angeschweißte rohrförmige Anschlüsse die Einlaufstrecke und die Auslaufstrecke des Heißgasdurchgangs bilden,
• c) der Mantel mit einem Auslaß für das Heißgas versehen ist, der mit einem Sammler verbunden ist,
• d) der Sammler durch eine Leitung mit dem Sammler verbunden ist,
• e) die Leitung mit zwei Absperrschiebern und einem dazwischen angeordneten Auslaß für das abgekühlte Gas versehen ist,
• f) der Auslaß mit einer nachgeschalteten Öl-Einspritzung versehen ist.

Die erfindungsgemäße Lösung hat gegenüber dem bekannten Stand der Technik den Vorteil, daß das zweistufige Wärmetauschersystem sowohl bei der Spaltung von schweren als auch leichten Einsatzprodukten (Kohlenwasserstoffe) eingesetzt werden kann, ohne daß Spaltgas über lange, heißgehende Rohrleitungen einer zweiten separaten Stufe zugeführt werden muß.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 - Schematische Darstellung einer Spaltgasanlage mit nachgeschaltetem integrierten zweistufigen Wärmetauschersystem

Fig. 2 - Schnitt A-A in Fig. 1

Fig. 3 - Querschnitt durch den zweistufigen Wärmetauscher

Fig. 4 - Schnitt B-B in Fig. 2

Fig. 5 - Schnitt C-C in Fig. 2

Fig. 6 - Schnitt D-D in Fig. 2

Fig. 7 - Querschnitt durch eine andere Ausführung des Wärmetauschers

Fig. 8 - Schnitt E-E in Fig. 7

Fig. 1 und 2

Beim Betrieb mit schweren Einsatzprodukten wird der Absperrschieber 18 geöffnet und der Absperrschieber 19 geschlossen. Das heiße Spaltgas aus dem Spaltofen 2 wird durch die Leitungen 22 und die Einlässe 7 in die Wärmetauscher 3 eingeleitet, in der ersten Stufe abgekühlt und durch die Auslässe 8 und die Leitungen 23 in den Sammler 4 zur evtl. weiteren Abkühlung durch die Öl-Einspritzung 5, die in der Leitung 17 angeordnet ist und Entnahme durch die Leitung 20 weitergeleitet. Die Mantelrohre 10 der Wärmetauscher 3 sind an ihren unteren Enden durch die Einlässe 11 und an ihren oberen Enden durch die Auslässe 12 mit einer nicht dargestellten Dampftrommel wasserseitig bzw. dampfseitig verbunden.

Beim Betrieb mit leichten Einsatzprodukten wird der Absperrschieber 18 geschlossen und der Absperrschieber 19 geöffnet. Das heiße Spaltgas aus dem Spaltofen 2 wird durch die Leitungen 22 und die Einlässe 7 in die Wärmetauscher 3 eingeleitet, in der ersten und zweiten Stufe abgekühlt und durch die Auslässe 15 in den Sammler 16 zur evtl. weiteren Abkühlung durch die Öl-Einspritzung 21 und Entnahme durch die Leitung 20 weitergeleitet. Die Mantelrohre 10 der Wärmetauscher 3 sind an ihren unteren Enden durch die Einlässe 11 und an ihren oberen Enden durch die Auslässe 12 mit einer nicht dargestellten Dampftrommel wasserseitig bzw. dampfseitig verbunden.

Fig. 3, 4, 5 und 6

Der Heißgasdurchgang 6 besteht aus dem Einlaß 7, dem Auslaß 8 und dem Kühlmantel 9. Der Einlaß 7 hat Anschluß an einen nicht dargestellten Spaltgasofen. Der Auslaß 8 hat Anschluß an einen nicht dargestellten Sammler. Die Mantelrohre 10 sind miteinander, der Einlaß 7, der Auslaß 8 und der Mantel 13 gasdicht verbunden.

Die Mantelrohre 10 sind an ihren unteren Enden durch den Einlaß 11 des Sammlers 24 und an ihren oberen Enden durch den Auslaß 12 des Sammlers 25 mit einer nicht dargestelltes Dampftrommel wasserseitig bzw. dampfseitig verbunden. Im oberen Bereich des Mantels 13 sind die Mantelrohre 10 nach außen gebogen, um Öffnungen 14 für den Gasdurchlaß zwischen den zwei Stufen des Wärmetauschers 3 zu bilden. Der Mantel 13 hat einen Auslaß 15 für die zweite Stufe des Wärmetauschers 3.

Fig. 7 und 8

Die Konstruktion des einstufigen Wärmetauschers 2 unterscheidet sich von dem zweistufigen Wärmetauscher 3 nur dadurch, daß der Mantel 13 und die Öffnungen 14 in dem Kühlmantel nicht vorhanden sind.

• Legende  1Wärmetauscheranlage (zweistufig)  2Spaltgasofen  3Wärmetauscher (zweistufig)  4Sammler  5Öl-Einspritzung  6Heißgasdurchgang  7Heißgas-Einlaß  8Heißgas-Auslaß  9Kühlmantel 10Mantelrohr 11Kühlmantel-Einlaß 12Kühlmantel-Auslaß 13Mantel 14Öffnung 15Mantel-Auslaß 16Sammler 17Leitung 18Absperrschieber 19Absperrschieber 20Auslaß 21Öl-Einspritzung 22Leitung 23Leitung 24Sammler 25Sammler 26Wärmetauscher (einstufig) 27Heißgasdurchgang 28Heißgas-Einlaß 29Heißgas-Auslaß 30Kühlmantel 31Mantelrohr 32Kühlmantel-Einlaß 33Kühlmantel-Auslaß 34Sammler 35Sammler

Claims (1)

1. Wärmetauscheranlage (1) für heiße strömende Gase aus Spaltgasöfen (2), bestehend aus mehreren parallel geschalteten Wärmetauschern (3), die jeweils gasseitig, einerseits mit einem Spaltofen (2) und andererseits mit einem Sammler (4), verbunden sind, die eine nachgeschaltete Öl- Einspritzung (5) aufweist, wobei die einzelnen Wärmetauscher (3) jeweils einen rohrförmigen Heißgasdurchgang (6) mit einem Einlaß (7) und Auslaß (8) aufweisen, der über den größten Teil seiner Länge von einem Kühlmantel (9) umgeben ist, der aus achsparallelen Rohren (10) gebildet ist, die jeweils gasdicht miteinander verbunden sind und einen Einlaß (11) und einen Auslaß (12) für das Kühlmittel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß

   • a) der Kühlmantel (9) über den größten Teil seiner Länge von einem rohrförmigen Mantel (13) umhüllt ist, der durch Öffnungen (14) im oberen Teil des Kühlmantels (9) gasseitig mit dem Heißgasdurchgang (6) verbunden ist,
   • b) an beiden Enden des Kühlmantels (9) achsgleiche gasdicht angeschweißte rohrförmige Anschlüsse die Einlaufstrecke (7) und die Auslaufstrecke (8) des Heißgasdurchganges (6) bilden,
   • c) der Mantel (13) mit einem Auslaß (15) für das Heißgas versehen ist, der mit einem Sammler (16) verbunden ist,
   • d) der Sammler (16) durch eine Leitung (17) mit dem Sammler (4) verbunden ist,
   • e) die Leitung (17) mit zwei Absperrschiebern (18), (19) und einem dazwischen angeordneten Auslaß (20) für das abgekühlte Gas versehen ist,
   • f) der Auslaß (20) mit einer nachgeschalteten Öl-Einspritzung versehen ist.