DE69129801T2

DE69129801T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von chemischen produkten

Info

Publication number: DE69129801T2
Application number: DE69129801T
Authority: DE
Inventors: Serge F-13200 Chateauneuf-Les-Martigues Bellet; Marc F-13960 Sausset-Les-Pins Loublier; Guy F-13500 Martigues Margail
Original assignee: Naphtachimie SA
Current assignee: Naphtachimie SA
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 1999-02-25
Anticipated expiration: 2011-12-27
Also published as: SG52604A1; EP0519050B1; FR2671095A1; ES2118127T3; CA2077083C; JPH05505143A; JP2550272B2; DE69129801D1; CA2077083A1; EP0519050A1; WO1992011931A1; FR2671095B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer chemischer Produkte, bei dem man eine chemische Reaktion im Innern eines Rohrs durchführt. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die aus einem Ofen besteht, der zur Durchführung dieses Verfahrens bestimmt ist. Es ist bekannt, chemische Reaktionen bei hoher Temperatur mittels Verfahren durchzuführen, die in der Kreislaufführung der reaktiven Bestandteile in einem auf hoher Temperatur gehaltenen Rohr, das im Innern einer Strahlungszone eines Ofens angeordnet ist, bestehen. Insbesondere ist es zur Herstellung von Olefinen, wie Ethylen, Propylen oder Isobuten, bekannt, eine Crackreaktion von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf in Öfen durchzuführen, deren Auslaßtemperatur im allgemeinen 750 bis 880ºC beträgt. Bei diesem Verfahren, das unter der Bezeichnung Cracken oder Pyrolyse mit Wasserdampf oder auch unter der Bezeichnung Dampfcracken bekannt ist, läßt man durch die Strahlungszone eines Ofens ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf, das in einem Crackrohr zirkuliert, strömen, wobei das Crackrohr in Schlangenform im Innern dieses Ofens angeordnet ist. Alle diese chemischen Reaktionen werden am häufigsten in modernen Öfen durchgeführt, die im allgemeinen eine Heizvorrichtung umfassen, die aus an der Ofensohle und/oder an den Ofeninnenwänden angeordneten Brennern bestehen. Die thermische Heizleistung dieser Brenner ist vorteilhafterweise über die Länge des Rohrs so verteilt, daß die reaktiven Bestandteile der Umsetzung einer Temperatur ausgesetzt werden, die entlang des Rohrs von der Temperatur am Eingang der Strahlungszone bis zur Temperatur am Ausgang dieser Zone ansteigt.
Wenn das Rohr auf einer hohen Temperatur gehalten wird, ist es wichtig, die Temperatur von dessen äußerer Oberfläche, die als Außentemperatur bezeichnet wird, gut zu kontrollieren. Tatsächlich wird im Hinblick auf die thermischen Belastungen des Rohrs und im Hinblick auf die Tatsache, daß im allgemeinen die Vermeidung einer vorzeitigen Alterung des Rohrs wünschenswert ist, die thermische Heizleistung der Brenner so reguliert, daß die gemessene Außentemperatur an sämtlichen Stellen des Rohrs immer unter einem Grenzwert für die Außentemperatur liegt.
Diese Temperatur stellt ein charakteristisches technisches Merkmal des Rohrs dar und hängt stark von der gewünschten Lebensdauer des Rohrs sowie der Art des Metalls oder der Legierung, aus der das Rohr besteht, ab. Bei der Durchführung einer Crackreaktion von Kohlenwasserstoffen mit Hilfe von Wasserdampf liegt der Grenzwert für die Außentemperatur im allgemeinen zwischen 1050 und 1110ºC.
Der Großteil der in einem Rohr durchgeführten chemischen Reaktionen weist den erheblichen Nachteil der Bildung von Nebenprodukten, die sich an der Innenwand des Rohrs abscheiden, auf. So wird bei der Durchführung einer Dampfcrackung von Kohlenwasserstoffen insbesondere dann, wenn die Cracktemperatur hoch ist und/oder wenn das Crackrohr mit einem hohen Durchsatz betrieben wird, die Bildung einer Koksschicht im Innern des Crackrohrs beobachtet, wozu es trotz der turbulenten Strömung des Gemisches aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf kommt. Die Ablagerungen von Nebenprodukten sind besonders störend, da sie die thermische Übertragung durch die Rohrwand empfindlich einschränken. Ferner läßt sich beobachten, daß es zur Aufrechterhaltung einer konstanten Reaktionstemperatur erforderlich ist, die von den Brennern gelieferte thermische Leistung nach und nach entsprechend der Zunahme der Dicke der Schicht von Nebenprodukten zu erhöhen, was sich in einer Erhöhung des Energieverbrauchs des Ofens widerspiegelt. Andererseits stellt man als Folge der Erhöhung der von den Brennern abgegebenen thermischen Leistung eine Zunahme der Außentemperatur des Rohrs fest.
Diese Erscheinung ist besonders störend, da es mit zunehmender Abscheidung von Nebenprodukten immer schwieriger, wenn nicht unmöglich wird, eine unter dem Grenzwert liegende Außentemperatur aufrechtzuerhalten, wenn man die Durchführung der Umsetzung mit zufriedenstellender Leistung und Ausbeute durchführen möchte. Unter diesen Bedingungen ist es erforderlich, regelmäßig die Umsetzung zu stoppen, um eine Beseiti gung der abgeschiedenen Nebenprodukte vorzunehmen. Im speziellen Fall einer Dampfcrackreaktion wird diese Beseitigung durch einen Entkokungsvorgang des Crackrohrs durchgeführt. Dieser Vorgang besteht in der Zirkulation eines Gemisches aus Luft und Wasserdampf im Innern des Crackrohrs, das bei einer ausreichend hohen Temperatur gehalten wird, um den gesamten vorhandenen Koks verbrennen und beseitigen zu können. In der Praxis stellt man fest, daß ein Entkokungsvorgang relativ lang dauert und im allgemeinen eine Gesamtdauer von etwa 24 Stunden benötigt, und daß es wünschenswert ist, ein Rohr häufiger zu entkoken, meistens im Abstand von etwa 2 bis 3 Monaten.
Im Hinblick auf die Tatsache, daß die chemischen Reaktionen im allgemeinen in Einrichtungen vom Großmaßstab durchgeführt werden, bringen die Stillstandszeiten, die zur Beseitigung der Schichten von Nebenprodukten im Innern des Rohrs erforderlich sind, einen erheblichen Produktionsausfall mit sich. Deshalb sind seit mehreren Jahren zahlreiche Untersuchungen sowohl im Laboratoriumsmaßstab als auch im großtechnischen Maßstab mit dem Ziel durchgeführt worden, ein Verfahren aufzufinden, das die Beschränkung von Abscheidungen von Nebenprodukten an der Innenwand des Rohrs ermöglicht.
Aus dem US-Patent 4 368 677 ist ein Verfahren bekannt, das es ermöglicht, die Abscheidung von Nebenprodukten einer Verbrennungsreaktion an der Außenwand eines Röhrenwärmetauschers, der in einem Kessel angeordnet ist und in dessen Innerem Wasser im Kreislauf geführt wird, zu verhindern. Gemäß diesem Verfahren werden mehrere gepulste Gasströme eingesetzt, die dem Innern des Kessels ein heißes Gas, Wärme und Schallwellen zuführen. Insbesondere bedient man sich eines ersten gepulsten Gasstroms, um einen Brennstoff aus Teilchen von gleichmäßiger Größe zu bilden. Außerdem leitet man einen zweiten Gasstrom auf die Außenwand des Wärmetauschers, vorzugsweise parallel zu den den Wärmetauscher bildenden Rohren, um deren Vibration zu vermeiden. Infolgedessen kann dieses Verfahren nicht zur Einschränkung von Abscheidungen von Nebenprodukten auf der Innenwand eines Rohrs, in dem eine chemische Reaktion stattfindet, herangezogen werden.
Ferner beschreibt US-A-3 819 740 ein Verfahren zum thermischen Cracken von Kohlenwasserstoffen, bei dem man auf ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf, das in überhitztem Zustand in einer Reaktionskammer zirkuliert, Ultraschallvibrationen mit einer Frequenz von 1/800 kHz einwirken läßt. Die Einwirkung von Ultraschallvibrationen dient zur Verringerung der Koksbildung und zur Erhöhung der Reaktionsausbeute.
Nunmehr wurde ein Herstellungsverfahren aufgefunden, das insbesondere die Durchführung einer chemischen Reaktion im Innern eines Rohrs, das in der Strahlungszone eines Ofens angeordnet ist, ermöglicht, wobei die vorerwähnten Nachteile vollständig vermieden werden. Insbesondere ermöglicht das Verfahren die Begrenzung von Abscheidungen von Nebenprodukten an der Innenwand des Rohrs, wobei es insbesondere nicht erforderlich ist, die chemische Reaktion zu stoppen und wobei es zu keinen Veränderungen bezüglich der Leistungsfähigkeit und/oder Produktivität des Verfahrens kommt. Außerdem läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren leicht an bereits vorhandene großtechnische Anlagen anpassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit zunächst ein Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer chemischer Produkte, bei dem man eine chemische Reaktion durchführt, indem man einen oder mehrere der Reaktanten im Innern eines Rohrs zirkulieren läßt, wobei man in dem Rohr eine Vibration mindestens eines Teils des Rohrs hervorruft, um Abscheidungen von Nebenprodukten der Reaktion an der Innenwand des Rohrs zu beschränken, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Vibration transversal verläuft und daß das Rohr in einer Strahlungszone eines Ofens angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist es wesentlich, das Rohr einer Vibration zu unterwerfen, wenn man die Abscheidungen der Nebenprodukte auf der Innenwand beschränken möchte. Hierzu weist die Vibration des Rohrs meistens eine Frequenz von 50 bis 2000 Hz und meistens von 100 bis 1000 Hz auf. Die transversale Vibration des Rohrs kann so beschaffen sein, daß mindestens ein Punkt des Rohrs mit einer Amplitude, die durch die Verschiebung dieses Punkts zwischen seinen beiden Extrempositionen wiedergegeben wird, von mehr als dem 10&supmin;&sup6;-fachen und vorzugsweise mehr als dem 10&supmin;&sup4;-fachen des Innendurchmessers des Rohrs vibriert. Jedoch wird es bevorzugt, daß die Vibrationsamplitude sämtlicher Punkte des Rohrs nicht zu groß ist, um eine vorzeitige Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Rohrs, die zu einem Bruch des Rohrs und/oder zu einem Bruch seiner Befestigungen führen könnten, zu vermeiden. Im übrigen kann die transversale Vibration des Rohrs bei einer seiner Eigenfrequenzen durchgeführt werden. In diesem Fall ist die transversale Vibration des Rohrs durch eine Deformation charakterisiert, die zu Vibrationsknoten, bei denen die Amplitude der Verschiebung Null ist, und zu Vibrationsbäuchen, deren Amplitude maximal ist, führt. Die Position der Vibrationsknoten und -bäuche kann im Verlauf des Verfahrens mehrmals geändert werden, wobei man die unterschiedlichen Eigenfrequenzen der Vibration wählt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Beschränkung der Abscheidung von Nebenprodukten an der Innenwand des Rohrs iri einer vollständigen oder partiellen Vermeidung der Abscheidungen oder auch in einer vollständigen oder partiellen Beseitigung von bereits vorhandenen Abscheidungen bestehen. Die Vibration des Rohrs kann zeitlich begrenzt als Einzelmaßnahme oder intermittierend durchgeführt werden. In diesem Fall eignet sich das Verfahren mehr zu einer Beseitigung von bereits vorhandenen Abscheidungen. Die Vibration des Rohrs kann auch kontinuierlich durchgeführt werden, wobei in diesem Fall das Verfahren mehr zur Vermeidung von Abscheidungen geeignet ist.
Die Vibration des Rohrs kann durch beliebige Maßnahmen hervorgerufen werden. Insbesondere kann sie durch eine Quelle für mechanische Vibrationen hervorgerufen werden. Auf der anderen Seite kann im Hinblick darauf, daß die Strahlungszone im allgemeinen nicht unter. Vakuum steht und ein Gasgemisch enthält, die Vibration des Rohrs auch durch eine von außen an das Rohr angelegte Druckwelle hervorgerufen werden. Diese Welle kann sich in einer beliebigen Richtung ausbreiten. Insbesondere kann sie sich in einer parallel oder im wesentlichen parallel zum Rohr verlaufenden Richtung oder in einer senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zum Rohr verlaufenden Richtung ausbreiten. Ferner kann es sich bei der Druckwelle um eine stationäre Druckwelle handeln, die in der Strahlungszone von außen an das Rohr angelegt wird. Diese stationäre Welle ist durch die Tatsache charakterisiert, daß sich in der Strahlungszone Druckbäuche und Druckknoten bilden, deren Anordnungen von der Länge der stationären Welle abhängen. In vorteilhafter Weise wählt man dann, wenn die Richtung der stationären Welle senkrecht zur Rohrrichtung verläuft, die Wellenlänge so, daß sich ein Druckbauch in der Nähe des Rohrs befindet, um dadurch den Wirkungsgrad des Verfahrens erheblich zu erhöhen.
Aufgrund der Tatsache, daß die Strahlungswände des Ofens mit Brennern versehen sind, stammt das innerhalb dieser Wände enthaltene Gasgemisch teilweise aus dem Verbrennungsgas, das in den verschiedenen Brennern erzeugt wird. Andererseits können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei bestimmten Anordnungen der Brenner an den Strahlungswänden und/oder bei bestimmten Zusammensetzungen der Brenngase zur Versorgung der Brenner die Vibrationen der Flammen dieser Brenner ausreichende Druckwellen erzeugen, um das Rohr zum Vibrieren zu bringen und die Abscheidung von Nebenprodukten zu beschränken.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem überraschenden Befund, daß eine Vibration des Rohrs eine erhebliche Beschränkung von Abscheidungen von Nebenprodukten auf der Innenwand ermöglicht, ohne daß in entsprechender Weise die Bedingungen der chemischen Reaktion und insbesondere deren Ausbeute verändert werden. Ferner wurde überraschenderweise festgestellt, daß die Vibration des Rohrs praktisch ohne vorzeitige Alterung des Rohrs und insbesondere ohne eine vorzeitige Beeinträchtigung seiner mechanischen Eigenschaften erreicht werden kann. Der Vorteil des Verfahrens beruht im wesentlichen auf einer erheblichen Verringerung der Häufigkeit der Vorgänge zur Beseitigung der Abscheidungen von Nebenprodukten durch verschiedene Maßnahmen, wie sie bei den bekannten Verfahren eingesetzt werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich sämtliche chemischen Reaktionen, die üblicherweise in einem Rohr ablaufen, durchführen. Die Reaktion kann in flüssiger Phase oder in Gasphase vorgenommen werden. Die Reaktanten können im Innern des Rohrs in laminarer oder turbulenter Strömung und meistens kontinuierlich im Kreislauf geführt werden. Die Reaktionstemperatur kann vorzugsweise 100 bis 900ºC und insbesondere 500 bis 850ºC betragen.
Bei der chemischen Reaktion kann es sich um eine thermische Crackreaktion von verschiedenen organischen Verbindungen handeln, insbesondere von 1,2-Dichlorethan unter Bildung von Vinylchlorid.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Cracken eines Gemisches von Wasser und Kohlenwasserstoffen, das als Dampfcracken bezeichnet wird und in einem in einer Strahlungszone eines Crackofens angeordneten Crackrohr durchgeführt wird. In diesem Fall erhöht sich zur Durchführung des Verfahrens die Cracktemperatur entlang des Crackrohrs vom Eingang bis zum Ausgang der Strahlungszone des Ofens, d. h. in Strömungsrichtung des Reaktionsgemisches. Insbesondere beträgt die Cracktemperatur des Gemisches aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf am Eingang der Strahlungszone des Ofens 500 bis 700ºC und vorzugsweise 550 bis 660ºC, während sie am Ausgang dieser Zone 800 bis 880ºC und vorzugsweise 810 bis 860ºC beträgt. Die Erhöhung der Cracktemperatur entlang des Rohrs kann in gleichförmiger Weise oder gemäß den Angaben in FR-A-2 600 665 und FR-A-2 600 667 erfolgen. Ferner wird das Gemisch aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf vor dem Eintritt in die Strahlungszone des Ofens im allgemeinen einer Vorerwärmung unterzogen, wobei die Vorerwärmung durch beliebige bekannte Maßnahmen erzielt wird, insbesondere in einer Konvektionsheizzone des Ofens. Die durchschnittliche Verweilzeit des im Rohr zirkulierenden Gemisches aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Strahlungszone des Ofens beträgt im allgemeinen 300 bis 1800 Millisekunden und vorzugsweise 400 bis 1400 Millisekunden. Die Zusammensetzung des Gemisches aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf ist so beschaffen, daß das Gewichtsverhältnis der Menge der Kohlenwasserstoffe zur Menge des Wasserdampfes 1 bis 10 und vorzugsweise 2 bis 6 beträgt.
Beim Cracken mit Wasserdampf kann man flüssige oder gasförmige Kohlenwasserstoffe einsetzen. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe können ausgewählt werden unter: Naphtha, das aus Kohlenwasserstoffen mit etwa 5 bis 10 Kohlenstoffatomen besteht, Leichtbenzine, die aus Kohlenwasserstoffen mit etwa 5 bis 6 Kohlenstoffatomen bestehen, Gasöl, das aus Kohlenwasserstoffen mit etwa 8 bis 15 Kohlenstoffatomen besteht, und Gemischen davon. Sie können im Gemisch mit gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. Bei den gasförmigen Kohlenwasserstoffen kann es sich um Alkane mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen und/oder um Methan und/oder um Alkane mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen handeln. Insbesondere kann man beim Cracken von Erdgas mit Wasserdampf verflüssigtes Erdgas, das auch als LPG bezeichnet wird, oder Ethan, das als Nebenprodukt beim Dampfcracken von flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie Naphtha oder Gasöl, entsteht, verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Diese Vorrichtung besteht aus einem Ofen, der eine Thermostrahlungswand umfaßt, die mit einer Heizungsvorrichtung versehen ist, die aus Brennern besteht und durch die mindestens ein Rohr verläuft, in dem ein oder mehr Reaktanten zirkulieren. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine mechanische Vibrationsquelle, die mechanisch mit dem Rohr verbunden ist, oder eine Quelle für eine Schalldruckwelle, die außerhalb des Rohrs angeordnet ist und in im wesentlichen senkrechter Richtung zum Rohr ausgerichtet ist, umfaßt, so daß eine transversale Vibration auf mindestens einen Teil des Rohrs ausgeübt wird und dadurch auf der Innenwand eine Beschränkung von Abscheidungen von Nebenprodukten, die bei einer im Innern des Rohrs durchgeführten chemischen Reaktion entstehen, herbeigeführt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung muß aus einem Ofen bestehen, der mindestens ein innerhalb seiner Thertnostrahlungs wand angeordnetes Rohr umfaßt. Das Rohr weist im allgemeinen einen durchschnittlichen Innendurchmesser von 20 bis 200 mm und vorzugsweise von 30 bis 150 mm und eine Dicke von 3 bis 15 mm auf und besteht meistens aus einem geraden Abschnitt oder aus mehreren geraden Abschnitten, die insbesondere durch Kniestücke miteinander verbunden sind. Der Ofen ist in geeigneter Weise für die durchgeführte chemische Reaktion geeignet. Insbesondere muß es sich bei dem Ofen bei Durchführung des Verfahrens für eine Dampfcrackreaktion um einen Dampfcrackofen handeln, der eine Thermostrahlungswand umfaßt, durch die mindestens ein Crackrohr, das in Form einer horizontalen oder vertikalen Schlange angeordnet ist, verläuft. Dieses Crackrohr weist im allgemeinen ein Verhältnis von Länge zu durchschnittlichem Innendurchmesser von 30 bis 1500 und vorzugsweise von 300 bis 1000 auf. Vorzugsweise beträgt der durchschnittliche Innendurchmesser des Crackrohrs 100 mm oder mehr, so daß sich eine relativ erhebliche durchschnittliche Verweilzeit des Reaktionsmediums im Crackrohr ergibt und die Beschickungsverluste des im Crackrohr zirkulierenden Gemisches gering gehalten werden können. Jedoch müssen der durchschnittliche Innendurchmesser und die Länge des Rohrs innerhalb der Bereiche liegen, die eine Beständigkeit bei den mechanischen und thermischen Beanspruchungen, denen die das Crackrohr bildenden Materialien ausgesetzt sind, ermöglichen. Insbesondere darf der durchschnittliche Innendurchmesser des Crackrohrs etwa 250 mm nicht übersteigen. Vorteilhafterweise kann das Crackrohr einen im Verlauf seiner Länge variierenden Innendurchmesser aufweisen, wie es in FR-A-2 600 667 und FR- A-2 600 641 beschrieben ist. In der Praxis ist das Crackrohr in Form einer Schlange angeordnet, die aus einer Folge von geraden Abschnitten, die miteinander mit Kniestücken verbunden sind, besteht.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es sich bei der Anregungseinrichtung um einen Generator für mechanische Vibrationen handeln, der im Innern der Strahlungszone des Ofens oder außerhalb davon angeordnet ist und mit dem Rohr mechanisch verbunden ist. Bei der Vibrationsquelle kann es sich um eine vibrierende Maschine handeln.
Bei der Anregungseinrichtung kann es sich auch um einen Generator für Druckwellen und insbesondere für Ultraschallwellen handeln. Für den Fall der Erzeugung von stationären Druckwellen müssen die Wände der Strahlungszone die Reflexion der Wellen ermöglichen. Beim Generator für die Druckwellen kann es sich auch um eine vibrierende Membran wie bei einem Lautsprecher, um eine Sirene oder um ein Nebelhorn handeln. Bei der Anregungseinrichtung kann es sich auch um einen oder mehrere Brenner handeln, die jeweils mit einer Einrichtung versehen sind, um Pulsationen der Zufuhr des Versorgungsbrennstoffs hervorzurufen. Bei diesem Generator für Pulsationen kann es sich um eine Vorrichtung zum periodischen Verschließen des Auslasses der Brennstoffversorgung, die mittels eines vibrierenden Topfes betätigt wird, handeln.
In den Figur (1) und (2) ist in schematischer Darstellung ein Dampfcrackofen in zwei unterschiedlichen Schnitten dargestellt.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen horizontalen Dampfcrackofen, der eine Thermostrahlungswand (1) umfaßt, durch die ein in Form einer Schlange angeordnetes Crackrohr verläuft, wobei die Schlange aus acht geraden horizontalen Abschnitten, die miteinander durch Kniestücke verbunden sind, besteht, wobei die Abschnitte (2) bis (9) einen durchschnittlichen Innendurchmesser von 108 mm aufweisen. Der Einlaß und der Auslaß für das Crackrohr in der Thermostrahlungswand sind mit den Bezugszeichen (10) und (11) bezeichnet. Dieser Dampfcrackofen umfaßt eine Thermostrahlungswand, die mit aus Brennern bestehenden Heizeinrichtungen versehen ist. Die Brenner sind in Reihen an den Gehäusewänden angeordnet. Die Anordnung, die Regulierung und/oder die Größe der Brenner innerhalb der Thermostrahlungswand sind so beschaffen, daß die Vibrationen der Brennerflammen im Innern der Thermostrahlungswand ein Druckwellensystem erzeugen.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Thermostrahlungswand (1) eines Dampfcrackofens in einem Querschnitt unter Darstellung der Brenner. Die Wände (12) und (13) sind jeweils mit fünf Reihen von Brennern (14) ausge stattet. In der Figur ist pro Reihe nur ein Brenner dargestellt.
Das nachstehende Beispiel dient der Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Der Vorgang läuft in einem Dampfcrackofen der in Fig. 1 schematisch dargestellten Art ab. Dieser Ofen umfaßt gemauerte Thermostrahlungswände (1), die aus einem rechtwinkligen Parallelepiped mit folgenden Innenabmessungen bestehen: Länge 9,75, Breite 1,70 m und Höhe 4,85 m. Innerhalb der Wände (1) befindet sich ein Crackrohr aus hitzebeständigem Stahl auf der Basis von Nickel und Chrom mit einem Innendurchmesser von 108 mm, einer Dicke von 8 mm und einer das Fassungsvermögen der Wand und die thermischen Belastungen des Ofens berücksichtigenden Gesamtlänge von 80 m zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Wände. Dieses Crackrohr ist in Form einer Schlange angeordnet, die acht gerade horizontale Abschnitte von jeweils gleicher Länge umfaßt, die untereinander jeweils durch Kniestücke verbunden sind. Der Innendurchmesser der geraden Abschnitte ist konstant und beträgt 108 mm.
Die Thermostrahlungswände des Dampfcrackofens sind mit Brennern versehen, die an den Gehäusewänden in fünf horizontalen, gleiche Abstände voneinander aufweisenden Reihen angeordnet sind. Die thermische Leistung sämtlicher Brenner ist somit gleichmäßig auf die fünf Reihen verteilt.
Sämtliche Brenner werden einerseits im wesentlichen konstant mit 1750 kg/Stunde Brennstoff, der aus einem Gasgemisch aus 90 Vol.-% Methan und 10 Vol.-% Wasserstoff besteht, und andererseits mit auf 100ºC vorerwärmter Luft in einer Menge, die ausreicht, um eine gute Verbrennung des Gasgemisches zu gewährleisten, versorgt.
Im Crackrohr läßt man ein Gemisch aus flüssigen Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf zirkulieren. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe bestehen aus Naphtha, das eine Dichte von 0,717, ein ASTM-Destillationsintervall von 44/165ºC und auf das Gewicht bezogene Anteile an linearen Paraffinen von 32,74%, an verzweigten Paraffinen von 30,95%, an cyclischen Verbindungen von 28,80% und an aromatischen Verbindungen von 7,51% aufweist. Die Zusammensetzung des Gemisches aus Naphtha und Wasserdampf ist so beschaffen, daß das Gewichtsverhältnis der Menge des Naphthas zur Menge des Wasserdampfes den Wert 4 hat. Auf diese Weise werden in das Crackrohr das Naphtha in einer Menge von 3700 kg/h und der Wasserdampf in einer Menge von 925 kg/h eingeleitet.
Die Cracktemperatur des Gemisches aus Naphtha und Wasserdampf erhöht sich von 570ºC am Einlaß der Strahlungszone des Ofens bis auf 810ºC am Auslaß dieser Zone. Der Druck des Gemisches am Auslaß des Ofens beträgt 170 kPa. Die durchschnittliche Verweilzeit des im Crackofen zirkulierenden Gemisches aus Naphtha und Wasserdampf zwischen dem Einlaß und dem Auslaß der Strahlungszone des Ofens beträgt 900 Millisekunden.
Unter diesen Bedingungen werden pro Stunde 752 kg Ethylen, 598 kg Propylen, 102 kg Isobuten, 157 kg Butadien und 186 kg Ethan erzeugt, wobei eine maximale Außentemperatur von 990ºC gemessen wird.
Für zwei Tage wird die Versorgung der Brenner so modifiziert, daß sie mit 1750 kg/h eines neuen Gasgemisches aus 75 Vol.-% Methan und 25 Vol.-% Wasserstoff versorgt werden. Unter diesen neuen Bedingungen verändern sich die Produktivität und das Leistungsvermögen des Ofens nicht. Man beobachtet eine Vibration des Crackrohrs, die von Wellen herrühren, die durch die Vibrationen der Brennerflammen erzeugt werden. Diese Vibration des Crackrohrs beseitigt einen Teil des vorher an dessen Innenwand abgeschiedenen Kokses, was sich nach Ablauf der zwei Tage durch eine neue maximale Außentemperatur zeigt, die unter der vorgehenden maximalen Temperatur liegt und etwa 950ºC beträgt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer chemischer Produkte, bei dem man eine chemische Reaktion durchführt, indem man einen oder mehrere der Reaktanten im Innern eines Rohrs zirkulieren läßt, wobei man in dem Rohr eine Vibration mindestens eines Teils des Rohrs hervorruft, um Abscheidungen von Nebenprodukten der Reaktion an der Innenwand des Rohrs zu beschränken, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibration transversal verläuft und daß das Rohr in einer Strahlungszone eines Ofens angeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man die transversale Vibration mittels einer mechanischen Vibrationsquelle, die über eine mechanische Verbindung mit dem Rohr verbunden ist, oder mittels einer von außen an das Rohr angelegten Quelle für Schalldruckwellen ausübt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibration von mindestens einem Teil des Rohrs eine Frequenz von 50 bis 2000 Hz aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der transversalen Vibration um eine Deformation des Rohrs handelt, die Knoten und Bäuche aufweist, deren Position sich im Verlauf des Verfahrens mehrmals ändert.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Vibrationsquelle außerhalb der Strahlungszone des Ofens angeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwelle sich in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zum Rohr verläuft, ausbreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwelle durch die Vibration von Brennerflammen, die in der Strahlungszone des Ofens angeordnet sind, erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Brenner mit einem Brennstoff versorgt, der dazu befähigt ist, die Flammen der Brenner zum Vibrieren zu bringen.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibration der Flammen der Brenner durch einen pulsierenden Ausstoß des Brennstoffs zur Versorgung der Brenner erreicht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man periodisch den Ausgang zur Versorgung der Brenner mit dem Brennstoff verschließt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibration von mindestens einem Teil des Rohrs im Laufe der Zeit in isolierter oder intermittierender Weise erfolgt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibration von mindestens einem Teil des Rohrs im Laufe der Zeit in kontinuierlicher Weise erfolgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der chemischen Reaktion um eine Crack-Reaktion von 1,2-Dichlorethan handelt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der chemischen Reaktion um eine Crack-Reaktion eines Gemisches aus Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf handelt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die transversale Vibration des Rohrs so erfolgt, daß mindestens ein Punkt des Rohrs mit einer Amplitude vibriert, die größer als das 10&supmin;&sup4;-fache des Innendurchmessers des Rohrs ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die transversale Vibration des Rohrs mit einer Frequenz von 100 bis 1000 Hz erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die transversale Vibration des Rohrs bei einer der Eigenfrequenzen des Rohrs erfolgt.

18. Vorrichtung zur Herstellung von einem oder mehreren chemischen Produkten, bestehend aus einem Ofen, der eine Thermostrahlungswand umfaßt, die mit einer Heizeinrichtung versehen ist, die aus Brennern besteht und durch die mindestens ein Rohr verläuft, in dem ein oder mehr Reaktanten zirkulieren, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine mechanische Vibrationsquelle, die mechanisch mit dem Rohr verbunden ist, oder eine Quelle für eine Schalldruckwelle, die außerhalb des Rohrs angeordnet ist und in im wesentlichen senkrechter Richtung zum Rohr ausgerichtet ist, umfaßt, so daß eine transversale Vibration auf mindestens einen Teil des Rohrs ausgeübt wird und dadurch eine Beschränkung von Abscheidungen auf der Innenwand des Rohrs herbeigeführt wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Rohr um ein Crack-Rohr mit einem durchschnittlichen Innendurchmesser von 100 bis 250 mm handelt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Vibrationsquelle außerhalb der Thermostrahlungswand angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der mechanischen Vibrationsquelle um eine vibrierende Maschine handelt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwelle durch eine vibrierende Membran erzeugt wird.

23. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckwelle durch einen oder mehrere Brenner der Thermostrahlungswand erzeugt wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Brenner mit einer Einrichtung ausgerüstet sind, um Pulsationen der Zufuhr des Brennstoffs zu den Brennern hervorzurufen.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Einrichtung zur Erzeugung von Pulsationen um eine Vorrichtung zum periodischen Verschließen des Ausgangs zur Versorgung der Brenner mit Brennstoff handelt.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim Ofen um einen Dampf- Crack-Ofen handelt, der zum Cracken eines Gemisches von Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf bestimmt ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim Ofen um einen Ofen zum thermischen Cracken von 1,2-Dichlorethan handelt.