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Die Erfindung betrifft eine Sammlerleitung zur gemeinsamen Abfuhr von aus mehreren Reformerrohren zugeleiteten Prozessgasen eines Reformers, mit dessen Hilfe die aus dem Reformer austretenden heißen Prozessgase gesammelt und einem weiteren Behandlungsschritt zugeführt werden können, beispielsweise um aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen Propen oder Alkylate herzustellen.
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Ein als Dampfreformer ausgestalteter Reformer zur katalytischen Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen weist eine Brennkammer auf, in der sich katalysatorgefüllte Reformerrohre befinden, die von einem Kohlenwasserstoff/Wasserdampf-Gemisch mit hohem Druck durchströmt werden, wobei das Kohlenwasserstoff/Wasserdampf-Gemisch durch die in der Brennkammer eingeleitete Wärme eine Dehydrierung erfährt. Bei Reformern größerer Kapazität ist es üblich, die Reformerrohre vertikal in der Brennkammer einzubauen und in Reihe mit jeweils einer Vielzahl von Rohren anzuordnen, wobei das Kohlenwasserstoff/Wasserdampf-Gemisch bevorzugt von oben nach unten durch eine in den Reformerrohre vorgesehene Katalysatorschüttung strömt. Die Reformerrohre durchdringen sowohl eine Decke als auch einen Boden der Brennkammer, so dass der Gaseintritt in die Reformerrohre und der Gasaustritt aus den Reformerrohren außerhalb der Brennkammer liegen. Die unterhalb der Brennkammer aus den Reformerrohren austretenden Prozessgase werden einem nachfolgenden Prozessschritt zugeführt. Zu diesem Zweck befindet sich unterhalb der Brennkammer an dem vertikalen Enden einer Reihe von Reformerrohren jeweils eine angeschlossene Sammlerleitung, die mit der Reihe von Reformerrohren verbunden ist und entlang der Reihe der Reformerrohre verläuft. Jeweils ein Reformerrohr ist über einen Einlassstutzen mit der Sammlerleitung verbunden. Bei mehreren Reihen von Reformerrohren ist eine der Anzahl der Reihen entsprechende Anzahl an Sammlerleitungen vorgesehen. Die mehreren Sammlerleitungen münden wiederum in eine quer zu den Sammlerleitungen horizontal verlaufenden Abführleitung ein, über deren Austritt sämtliche Prozessgase aller über die Sammlerleitungen zusammengeführten Reformerrohre dem nachfolgendem Prozessschritt zugeführt werden können.
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Die aus der Brennkammer kommenden Prozessgase weisen eine vergleichbar hohe Temperatur auf, so dass die Sammlerleitungen von den Prozessgasen stark erwärmt werden können. Dies führt zu durch Wärmedehnungseffekten verursachten thermischen Ausdehnungen der Sammlerleitungen und der Abführleitung, wodurch sich die Lage der Sammlerleitungen relativ zu den Reformerrohren ändert, während ein Anschlusspunkt der Abfuhrleitung an eine nachfolgende Prozesseinrichtung im Wesentlichen ortsfest bleibt. Dies macht es erforderlich die wärmebedingte Lageänderung der Sammlerleitungen durch spezielle konstruktive Maßnahmen bei der Aufnahme der Reformerrohre in der Brennkammer zu berücksichtigen, und beispielsweise die Reformerrohre an der Decke der Brennkammer beweglich aufzunehmen, um die Lageänderung und dadurch verursachte mechanische Spannungen zu kompensieren. Ferner kann sich zwischen dem Reformer und dem Sammlerrohr Wärme stauen, wodurch sich unerwünscht hohe Temperaturen unterhalb des Reformers einstellen können. Es besteht daher ein ständiges Bedürfnis durch einen Reformer verursachte thermische Belastungen zu reduzieren.
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Aus
DE 10 2006 052 937 A1 ist eine Sammelleitung für Röhrenspaltöfen beschrieben, die Einlassstutzen aufweist, über die Prozessgase in die Sammelleitung geführt werden.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die geringe durch einen Reformer verursachte thermisch bedingte Belastungen ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Sammlerleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist eine Sammlerleitung zur gemeinsamen Abfuhr von aus mehreren Reformerrohren zugeleiteten Prozessgasen eines Reformers vorgesehen mit einem Sammlerrohr zur Aufnahme und Weiterleitung der Prozessgase, mindestens einem über eine Ausgangsöffnung mit dem Sammlerrohr kommunizierenden Einlassstutzen, wobei der Einlassstutzen mindestens einen mit der Ausgangsöffnung kommunizierenden ersten Eingangsanschluss und mindestens einen mit der Ausgangsöffnung kommunizierenden zweiten Eingangsanschluss aufweist, einer mit dem ersten Eingangsanschluss verbundenen ersten Zuleitung zum Anschluss an ein Reformerrohr, einer mit dem zweiten Eingangsanschluss verbundenen zweiten Zuleitung zum Anschluss an ein Reformerrohr und einer sowohl die erste Zuleitung als auch die zweite Zuleitung umgebene gemeinsame formflexible Isolierummantelung zur Wärmedämmung.
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Die erste Zuleitung und die zweite Zuleitung können insbesondere zu einem Großteil parallel zueinander verlaufen, so dass die erste Zuleitung und die zweite Zuleitung über eine besonders lange Strecke mit der gleichen Isolierummantelung ummantelt sein können. Durch die Isolierummantelung kann eine Wärmeabgabe der Prozessgase an die Umgebung reduziert werden, wobei durch die Ummantelung von mindestens zwei Zuleitung mit nur einer gemeinsamen Isolierummantelung weniger Material an Isolierummantelung erforderlich ist als jeweils eine Isolierummantelung für jede einzelne Zuleitung. Beispielsweise können die mit der ersten Zuleitung und der zweiten Zuleitung verbundenen Reformerrohe aus einem zum Sammlerrohr weisenden Boden einer Brennkammer des Reformers mit einem Abstand D der jeweiligen Mittellinien von beispielsweise 275 mm zueinander herausragen, wobei die erste Zuleitung und die zweiten Zuleitung auf einen Abstand d der jeweiligen Mittellinien, der geringer als der Abstand D ist, von beispielsweise 60 mm aufeinander zu geführt werden können. Durch den geringeren Abstand der Zuleitungen wird entsprechend weniger Material der Isolierummantelung benötigt, um beide Zuleitungen zu umwickeln. Dadurch können unterhalb einer Reihe von Reformerrohren Bereiche geschaffen werden, in denen ein größerer Abstand L, insbesondere 0,5 D bis 1,5 D, beispielsweise 210 mm ± 50 mm, zwischen zwei benachbarten Isolierummantelungen vorgesehen werden kann, wodurch eine Wärmeabfuhr durch natürliche Konvektion erleichtert ist. Ein Wärmestau oberhalb des Sammlerrohrs und/oder unterhalb des Reformers kann dadurch zumindest reduziert werden.
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Ferner können die Zuleitungen besonders einfach mit einem Wärmedehnungsausgleichelement versehen werden, das zwischen einem abgekühlten ausgeschalteten Zustand und einem aufgeheizten Betriebszustand eine Änderung der Relativlage des Einlassstutzens zum Reformerrohr ausgleichen kann. Beispielsweise kann die Zuleitung zur Erhöhung der Flexibilität als Wärmedehnungsausgleichelement einen bogenförmigen Rohrleitungsverlauf aufweisen. Die Reformerrohre können dadurch in horizontaler Richtung im Wesentlichen ortsfest bleiben und allenfalls durch Wärmedehnungseffekte eine Vergrößerung ihrer Länge in vertikaler Richtung erfahren, wodurch die Reformerrohre wesentlich einfacher in der Brennkammer des Reformers aufgenommen werden können. Die Isolierummantelung kann hinreichend formflexibel ausgestaltet sein, damit sie einer wärmedehnungsbedingte Lageänderung und/oder Verformung des Wärmedehnungsausgleichelements folgen kann. Die gemeinsam isolierten Zuleitungen weisen eine geringere Oberfläche der Isolierummantelung auf, als wenn jede Zuleitung einzeln mit einer separaten Isolierummantelung versehen wäre. Dadurch ist die wärmeabgebende Oberfläche der gesamten Isolierummantelung reduziert, wodurch entsprechend weniger Wärme in den Bereich unterhalb des Reformers abgegeben wird und sich eine geringere Temperatur einstellt. Zusätzlich ist im Vergleich zu jeweils einzelnen Isolierummantelung für jede Zuleitung durch die gemeinsame Isolierummantelung für die mindestens zwei Zuleitungen das erforderliche Gesamtvolumen der Isolierummantelungen reduziert, so dass unterhalb des Reformers entsprechend mehr Freiraum für Luftbewegungen zur Verfügung steht, die eine Wärmeabfuhr erleichtert. Gleichzeitig ist durch die gemeinsame Isolierung von mindestens zwei Zuleitungen mit nur einer Isolierummantelung eine entsprechend geringe Menge an Isoliermaterial erforderlich, als wenn jede Zuleitung einzeln mit einer separaten Isolierummantelung versehen wäre. Dadurch muss jede Zuleitung einen entsprechend geringeren Anteil des Gewichts der Isolierummantelung tragen, wodurch mechanische Spannungen in den Zuleitungen deutlich reduziert und/oder die Zuleitungen filigraner und/oder zum Ausgleich von Wärmedehnungseffekten formflexibler ausgestaltet werden können. Durch die in einer gemeinsamen Isolierummantelung zu einem gemeinsamen Einlassstutzen zusammengeführte erste Zuleitung und zweite Zuleitung können durch einfache konstruktive Maßnahmen geringe durch einen Reformer verursachte thermisch bedingte Belastungen, insbesondere mechanische Spannungen infolge von Wärmedehnungseffekte und/oder ein Wärmestau unterhalb des Reformers, ermöglicht werden.
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Zusätzlich können die Zuleitungen so nah beieinander verlaufen, dass sie über den gemeinsamen Einlassstutzen mit dem Sammlerrohr verbunden werden können. Dies ermöglicht es über einen Einlassstutzen mit insbesondere einer einzigen Ausgangsöffnung zwei oder mehr Zuleitungen über entsprechende Einlassanschlüsse bauraumsparend zusammenzuführen, wobei zur Anbindung mehrerer Zuleitungen lediglich ein Einlassstutzen mit dem Sammlerrohr verbunden wird. Die Anzahl an mit dem Sammlerrohr verbundenen Einlassstutzen sowie eine entsprechende Anzahl an Durchbrüchen im Sammlerrohr für die Einleitung der Prozessgase kann dadurch reduziert werden. Durch die geringere Durchlöcherung einer inneren isolierenden Auskleidung des Sammlerrohrs kann eine erhöhte Wärmedämmung des Sammlerrohrs erreicht werden, so dass ein Aufheizen des Bereichs unterhalb des Reformers durch eine Wärmeabgabe des Sammlerrohrs reduziert werden kann.
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Ferner kann der Reformer besonders kompakt aufgebaut sein, indem die Reformerrohre möglichst nah beieinander positioniert werden. Eine natürliche Konvektion der Luft unter dem Boden des Reformers quer zu einer Reihe von Reformerrohren und/oder quer zu den Sammlerohren kann durch die Zwischenräume zwischen nachfolgenden zwei oder mehr Zuleitungen ummantelnden Isolierummantelungen auch bei engen Abständen der Reformerrohre zueinander sicher gestellt werden.
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Die Isolierummantelung kann beispielsweise als formflexibles Isoliermaterial Steinwolle und/oder Glaswolle aufweisen, die insbesondere an den Zuleitungen anliegen kann. Die Isolierummantelung kann insbesondere an der von den Zuleitungen weg weisenden Außenseite eine Metallschicht, insbesondere eine Aluminiumplatte, aufweisen, wodurch das Isoliermaterial zur Umgebung hin abgedeckt und geschützt ist. Der Einlassstutzen kann mit dem Sammlerrohr verschweißt sein. Hierzu kann das Sammlerrohr insbesondere einen nach radial außen abstehenden Befestigungsstutzen aufweisen. Vorzugsweise ist der Einlassstutzen aus einem besonders temperaturbeständigen, insbesondere hochlegierten Stahl hergestellt. Der Einlassstutzen ist beispielsweise aus einem legierten austenitischen Gussstahl hergestellt. Ein Befestigungsstutzen, mit dem der Einlassstutzen verschweißt werden kann, und/oder der Einlassstutzen können mit einer Isoliermasse, beispielsweise Beton, ausgekleidet sein, so dass die Temperatur des Befestigungsstutzen so gering gehalten werden kann, dass der Befestigungsstutzen beispielsweise aus einem ferritischen Stahl hergestellt sein kann. Die Reformerrohre sind insbesondere im Wesentlichen vertikal ausgerichtet, wobei die Prozessgase insbesondere in Schwerkraftrichtung von oben nach unten zum in Schwerkraftrichtung unterhalb der Brennkammer des Reformers angeordneten Sammlerleitung strömen. Innerhalb der Brennkammer können die in den Reformerrohren befindlichen Edukte zum Prozessgas reagieren. Außerhalb der Reformerrohre kann über Brenner der Brennkammer Wärme zugeführt werden, um zur Durchführung einer endothermen Reaktion innerhalb der Reformerrohre ausreichend Wärme zuführen zu können. Das Prozessgas kann bei Reformern für Propandehydrierungsanlagen beim Verlassen der Brennkammer des Reformers eine Temperatur von 560°C bis 620°C aufweisen. Zu Reinigungszwecken, beispielsweise um Ablagerungen abzubrennen, können die Reformerrohre mit einem Reinigungsgas gespült werden, wodurch sich am Ausgang der Reformerrohre auch Temperaturen von 710°C ± 20°C einstellen können. Im Sammlerrohr kann sich ein Druck von beispielsweise 8,5 bar ± 2 bar einstellen. Bei Reformern für Wasserstoff- und/oder Ammoniakanlagen können die Austrittstemperaturen bis 900°C bei Drücken von 30 bar bis 40 bar betragen.
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Insbesondere ist innerhalb der gemeinsamen Isolierummantelung zwischen der ersten Zuleitung und der zweiten Zuleitung ein Freiraum ausgebildet. Durch den Freiraum kann ein Hohlraum ausgebildet werden, der nicht mit Material der Isolierummantelung gefüllt werden braucht. Dies erleichtert die Montage der Isolierummantelung, die lediglich um die mindestens zwei Zuleitungen herum gewickelt werden braucht.
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Vorzugsweise bilden die erste Zuleitung und die zweite Zuleitung jeweils einen elastisch verbiegbaren Wärmedehnungsbogen zum Ausgleich einer über das Sammlerrohr aufgeprägten wärmedehnungsbedingten Änderung der Relativlage des Einlassstutzens zum Reformerrohr aus. Der Wärmedehnungsbogen kann bei einer wärmedehnungsbedingten Änderung der Relativlage des Einlassstutzens zum Reformerrohr elastisch gebogen werden, so dass sich der Wärmedehnungsbogen je nach Ausmaß der Wärmedehnung stärker oder schwächer aufweiten beziehungsweise zusammenziehen kann. Hierbei können vergleichsweise geringe Lageänderungen beim Wärmedehnungsbogen entstehen, die leicht durch die formflexible Isolierummantelung kompensiert werden können. Ferner kann zwischen zwei jeweils mindestens zwei Zuleitungen umgebenen benachbarten Isolierummantelungen genügend Raum geschaffen sein, dass der Wärmedehnungsbogen sich auch etwas verschwenken kann, ohne dass die Isolierummantelungen aneinander anschlagen.
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Besonders bevorzugt weist der Einlassstutzen einen mit der Ausgangsöffnung kommunizierenden weiteren ersten Eingangsanschluss und einen mit der Ausgangsöffnung kommunizierenden weiteren zweiten Eingangsanschluss auf, wobei mit dem weiteren ersten Eingangsanschluss eine weitere erste Zuleitung zum Anschluss an ein weiteres Reformerrohr und mit dem weiteren zweiten Eingangsanschluss eine weitere zweite Zuleitung zum Anschluss an ein weiteres Reformerrohr verbunden ist, wobei eine sowohl die weitere erste Zuleitung als auch die weitere zweite Zuleitung umgebene gemeinsame formflexible weitere Isolierummantelung zur Wärmedämmung vorgesehen ist, wobei das Reformerrohr und das weitere Reformerrohr quer zu einer Strömungsrichtung des Sammlerrohrs beabstandet sind. Dies ermöglicht es auch Reformerrohre einer seitlich versetzten anderen Reihe in der gleichen Art und Weise mit dem selben Einlassstutzen zu verbinden. Gegebenenfalls können in einem Teilbereich in der Nähe des Einlassstutzens sämtliche mit dem Einlassstutzen verbundene Zuleitungen von einer gemeinsamen Isolierummantelung umwickelt sein. Dadurch kann in einem Bereich, in dem die mit verschiedenen Reihen von Reformerrohren verbundenen Zuleitungen eng beieinander in den Einlassstutzen münden leicht von einer einzelnen Isolierummantelung thermisch isoliert werden. In diesem Fall sind erst in einem Bereich, in dem Zuleitungen und die weiteren Zuleitungen aufgrund des seitlichen Versatzes in unterschiedliche Richtungen verlaufen verschiedene Isolierummantelungen für die jeweils mindestens zwei Zuleitungen beziehungsweise weiteren Zuleitungen vorgesehenen. Die Ausgestaltung und Anordnung der weiteren Bauteile kann jeweils analog, insbesondere symmetrisch zu den vorstehend beschrieben Bauteilen erfolgen.
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Insbesondere ist ein über eine weitere Ausgangsöffnung mit dem Sammlerrohr kommunizierender weiterer Einlassstutzen vorgesehen, wobei der weitere Einlassstutzen mindestens einen mit der weiteren Ausgangsöffnung kommunizierenden weiteren ersten Eingangsanschluss und mindestens einen mit der Ausgangsöffnung kommunizierenden weiteren zweiten Eingangsanschluss aufweist, wobei mit dem weiteren ersten Eingangsanschluss eine weitere erste Zuleitung zum Anschluss an ein weiters Reformerrohr und mit dem weiteren zweiten Eingangsanschluss eine weitere zweite Zuleitung zum Anschluss an ein weiteres Reformerrohr verbunden ist, wobei eine sowohl die weitere erste Zuleitung als auch die weitere zweite Zuleitung umgebene gemeinsame formflexible weitere Isolierummantelung zur Wärmedämmung vorgesehen ist, wobei das Reformerrohr und das weitere Reformerrohr quer zu einer Strömungsrichtung des Sammlerrohrs beabstandet sind, wobei der Einlassstutzen und der weitere Einlassstutzen in Umfangsrichtung des Sammlerrohrs versetzt mit dem Sammlerrohr verbunden sind, wobei insbesondere der Einlassstutzen und der weitere Einlassstutzen im Wesentlichen auf einer gemeinsamen axialen Höhe des Sammlerrohrs positioniert sind. Dies ermöglicht es auch Reformerrohre einer seitlich versetzten anderen Reihe in der gleichen Art und Weise über einen eigenen insbesondere gleichartig ausgestalteten Einlassstutzen zu verbinden. Durch die in Umfangsrichtung versetzten Einlassstutzen ist ein Bereich in einem gemeinsamen Axialbereich des Sammlerrohrs vermieden, in denen die Zuleitungen und die weiteren Zuleitungen eng beieinander verlaufen. Dies erleichtert es die Zuleitungen einerseits mit der Isolierummantelung und die weiteren Zuleitungen andererseits mit der weiteren Isolierummantelung zu ummanteln, ohne dass die Isolierummantelung und die weitere Isolierummantelung aneinander anstoßen und/oder ohne sich bei der Montage gegenseitig stören. Die Ausgestaltung und Anordnung der weiteren Bauteile kann jeweils analog, insbesondere symmetrisch zu den vorstehend beschrieben Bauteilen erfolgen.
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Vorzugsweise weist der Einlassstutzen einen die Ausgangsöffnung mit dem ersten Eingangsanschluss und dem zweiten Eingangsanschluss verbindenden Einlasskanal auf, wobei zwischen dem Einlasskanal und einer den Einlasskanal abdeckenden Gehäusehaube des Einlassstutzens eine Isoliermasse zur Wärmedämmung, insbesondere Beton, vorgesehen ist. Über den Einlasskanal können die mindestens zwei Eingangsanschlüsse zu der gemeinsamen Ausgangsöffnung zusammengeführt werden. Hierbei kann sich zwischen dem radial inneren Einlasskanal und der radial äußeren Gehäusehaube ein insbesondere ringförmiger Hohlraum ausbilden, der leicht mit einem wärmedämmenden Beton vergossen werden kann. Auftretende Kräfte, insbesondere durch den Betriebsdruck der Prozessgase, können über die Gehäusehaube abgetragen werden, während insbesondere die Isoliermasse im Wesentlichen ausschließlich die Funktion wahrnimmt einen Wärmetransport von den Prozessgasen über die Gehäusehaube an die Umgebung zu hemmen. Es können auch verschiedene Sorten an Isoliermassen, insbesondere verschiedenen Betonsorten, verwendet werden, die für ein zu erwartendes Temperaturprofil unterschiedliche Wärmedämmungs Eigenschaften aufweisen. Insbesondere kann in der Nähe der Einlassanschlüsse eine Isoliermasse mit einem besonders geringen Wärmeleitungskoeffizienten verwendet werden, um bei einem vergleichsweise geringen Wärmeleitungsweg, der nicht zu einer radial äußeren Mantelfläche sonder zu einer die Einlassanschlüsse ausbildenden Stirnseite führt, eine gewünschte Wärmedämmung erreichen zu können. Der Beton kann insbesondere in die Gehäusehaube gegossen werden, wenn sich die Eingangsanschlüsse in Schwerkraftrichtung unten befinden. Nach dem Aushärten des Betons kann der Einlassstutzen gedreht werden und in Schwerkraftrichtung von oben mit dem Sammlerrohr, vorzugsweise durch Schweißen, verbunden werden. Ein Befestigungsstutzen, mit dem der Einlassstutzen verschweißt werden kann, kann ebenfalls mit einer Isoliermasse, beispielsweise Beton, ausgekleidet sein, so dass die Temperatur des Befestigungsstutzen so gering gehalten werden kann, dass der Befestigungsstutzen beispielsweise aus einem ferritischen Stahl hergestellt sein kann.
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Besonders bevorzugt weist das Sammlerrohr eine durch eine Isoliermasse zur Wärmedämmung, insbesondere Beton, ausgebildete einen Sammlerkanal radial begrenzende Auskleidung auf, wobei ein Einlasskrümmer zur Verbindung der Ausgangsöffnung des Einlassstutzens mit dem Sammlerkanal durch die Auskleidung hindurch geführt ist. Auftretende Kräfte, insbesondere durch den Betriebsdruck der Prozessgase, können über eine metallische Außenhülle des Sammlerrohrs abgetragen werden, während insbesondere die Isoliermasse im Wesentlichen ausschließlich die Funktion wahrnimmt einen Wärmetransport von den Prozessgasen über die Außenhülle an die Umgebung zu hemmen. Beispielsweise kann das Prozessgas innerhalb des Sammlerrohrs eine Temperatur von 570°C aufweisen, wobei eine Außenseite der Außenhülle des Sammlerrohrs eine Temperatur von ca. 160°C aufweisen kann. Insbesondere kann ein die Ausgangsöffnung ausbildender Einlasskanal in den Einlasskrümmer eingeschoben werden, so dass das über den Einlassstutzen eingeleitete Prozessgas leicht durch die Isoliermasse der Auskleidung des Sammlerrohrs hindurch in den Sammlerkanal gelangen kann. Der Einlasskrümmer kann insbesondere das Prozessgas in eine designierte Strömungsrichtung des Sammlerrohrs zumindest teilweise umlenken.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Reformer zur Abtrennung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen, insbesondere CH4, C3H8, C4H10, mit mehreren in einer ersten Reihe in einer Brennkammer angeordneten Reformerrohren zur Dehydrierung eines Kohlenwasserstoffgases in dem Reformerrohr und mehreren in einer zweiter Reihe in der Brennkammer angeordneten weiteren Reformerrohren zur Dehydrierung eines Kohlenwasserstoffgases in dem weiteren Reformerrohr und einer mit den Reformerrohren und/oder den weiteren Reformerrohren verbundenen Sammlerleitung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Durch die in einer gemeinsamen Isolierummantelung zu einem gemeinsamen Einlassstutzen zusammengeführte erste Zuleitung und zweite Zuleitung können durch einfache konstruktive Maßnahmen geringe durch einen Reformer verursachte thermisch bedingte Belastungen, insbesondere mechanische Spannungen infolge von Wärmedehnungseffekte und/oder ein Wärmestau unterhalb des Reformers, ermöglicht werden. Die erste Reihe und die zweite Reihe können insbesondere in im Wesentlichen zueinander parallelen Linien angeordnet sein. Vorzugsweise münden die Prozessgase sämtlicher Reformerrohre der ersten Reihe und die Prozessgase sämtlicher weiterer Reformerrohre der zweiten Reihe über entsprechende Zuleitungen in das selbe Sammlerrohr ein.
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Insbesondere ist das Sammlerrohr zur Strömungsrichtung des Sammlerrohrs seitlich versetzt zwischen der ersten Reihe und der zweiten Reihe angeordnet. Vorzugsweise ist das Sammlerrohr mittig zur ersten Reihe und zur zweiten Reihe angeordnet, wobei das Sammlerrohr insbesondere im Wesentlichen parallel zur ersten Reihe und zur zweiten Reihe verläuft. Dadurch ist es möglich für die Zuleitungen der ersten Reihe und die weiteren Zuleitungen der zweiten Reihe Gleichteile zu verwenden.
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Vorzugsweise sind zwei benachbarte mit einem gemeinsamen Einlassstutzen verbundene Zuleitungen zu in der ersten Reihe nachfolgend vorgesehenen zwei benachbarten mit einem gemeinsamen anderen Einlassstutzen verbundene Zuleitungen zur Ausbildung eines Belüftungsfensters für eine natürliche konvektive Wärmeabfuhr beabstandet angeordnet. Insbesondere weisen die in einer Reihe angeordneten Reformerrohre, die mit den Zuleitungen verbunden sind, einen konstanten Abstand auf. Die aufeinander zu weisenden Zuleitungen können jeweils einen von einander weg umgebogenen Verlauf aufweisen. Beispielsweise kann von den Zuleitungen innerhalb einer gemeinsamen Isolierummantelung die eine Zuleitung einen im Wesentlichen vertikalen Verlauf aufweisen, während die andere Zuleitung über einen im Wesentlichen horizontal verlaufenden Abschnitt zu dieser Zuleitung hin verläuft und erst danach auf einem kleineren Abstand im Wesentlichen parallel zu dieser Zuleitung vertikal verläuft. Die innerhalb einer gemeinsamen Isolierummantelung verlaufenden Zuleitungen können derart gestaltet sein, dass sich entlang des Strömungswegs deren Abstand stark verringert, während die in einer Reihe angeordneten Reformerrohre einen konstanten Abstand aufweisen. Das andere Paar Zuleitungen, die in einer anderen gemeinsamen Isolierummantelung verlaufen, können spiegelbildlich ausgestaltet sein, so dass die jeweiligen Zuleitungen mit dem horizontal verlaufenden Teilstück in ihrem vertikal verlaufenden Teilstück besonders weit zueinander beabstandet sind und zur Ausbildung des Belüftungsfensters einen von einander weg umgebogenen Verlauf aufweisen. Dadurch ergibt sich zwischen den zueinander beabstandeten Zuleitungen ein Abstand L, insbesondere 0,5 D bis 1,5 D, beispielsweise 210 mm ± 50 mm, mit dem diese Zuleitungen aus der Brennkammer des Reformers herauskommen. Der Abstand L kann dadurch so groß werden, dass sich ein freier Bereich zwischen den Zuleitungen ergibt, der das Belüftungsfenster ausbilden kann, über das eine Wärmeabfuhr durch natürliche Konvektion erleichtert ist. Zumindest in dem Bereich des Belüftungsfensters können Zonen ohne konvektiven Luftaustausch vermieden werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine schematische geschnittene Vorderansicht einer Sammlerleitung in einer ersten Ausführungsform,
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2: eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Details der Sammlerleitung aus 1,
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3: eine schematische geschnittene Vorderansicht einer Sammlerleitung in einer zweiten Ausführungsform,
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4: eine schematische geschnittene Vorderansicht eines Details der Sammlerleitung aus 3 und
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5: eine schematische geschnittene Seitenansicht eines Teils der Sammlerleitung aus 1.
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Eine in 1 teilweise dargestellte Brennkammer 10 eines Reformers weist eine erste Reihe mit Reformerrohren 12, 14 und eine zweite Reihe mit weiteren Reformerrohren 16, 18 auf, die jeweils mit einem Sammlerrohr 20 einer Sammlerleitung 22 über einen gemeinsamen Einlassstutzen 24 verbunden sind. Wie insbesondere in 2 exemplarisch an der ersten Reihe dargestellt kann ein erstes Reformerrohr 12 über eine erste Zuleitung 26 mit einem ersten Eingangsanschluss 28 des Einlassstutzens 24 verbunden sein, während ein zweites Reformerrohr 14 über eine zweite Zuleitung 30 mit einem zweiten Eingangsanschluss 32 des Einlassstutzens 24 verbunden sein kann. Sowohl die erste Zuleitung 26 als auch die zweite Zuleitung 30 sind von einer gemeinsamen Isolierummantelung 34 umgeben, wobei ein sich zwischen der ersten Zuleitung 26 und der zweiten Zuleitung 30 ergebender Freiraum 36 ebenfalls von der Isolierummantelung 34 ummantelt ist ohne den Freiraum 36 durch die Isolierummantelung 34 auszufüllen. Entsprechend kann ein weiteres erstes Reformerrohr 16 über eine weitere erste Zuleitung 38 mit einem weiteren ersten Eingangsanschluss 40 des Einlassstutzens 24 verbunden sein, während ein weiters zweites Reformerrohr 18 über eine weitere zweite Zuleitung 42 mit einem weiteren zweiten Eingangsanschluss 44 des Einlassstutzens 24 verbunden sein kann. Sowohl die weitere erste Zuleitung 38 als auch die weitere zweite Zuleitung 42 sind von einer gemeinsamen weiteren Isolierummantelung 46 umgeben. Die Zuleitungen 26, 30, 38, 42 verlaufen nicht vertikal sondern weisen jeweils in ihrem Verlauf einen Wärmedehnungsbogen 47 auf, durch den ein sogenanntes „pigtail” zum Ausgleich einer durch Wärmedehnung verursachten Veränderung der Relativlage des Einlassstutzens 24 zur Brennkammer 10 und den Reformerrohren 12, 14, 16, 18 der Brennkammer 10, indem sich die Zuleitungen 26, 30, 38, 42 im Bereich des Wärmedehnungsbogens 47 elastisch verbiegen können, ausgebildet ist.
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Die Einlassanschlüsse 28, 32, 40, 44 sind durch eine Gehäusehaube 48 ausgebildet. Die über die Einlassanschlüsse 28, 32, 40, 44 in den Einlassstutzen 24 eingeleiteten Prozessgase werden in einem mit der Gehäusehaube 48 verschweißten Einlasskanal 50 zusammengeführt und über eine einzige Ausgangsöffnung 52 in einen Einlasskrümmer 54 des Sammlerrohrs 20 geleitet. Der Einlasskanal 50 kann mit der Gehäusehaube 48 verschweißt sein, wobei diese Schweißverbindung nicht druckfest zu sein braucht. Das Sammlerrohr 20 weist eine durch Beton ausgebildete Auskleidung 56 auf, durch die ein Sammlerkanal 58 für die Prozessgase begrenzt wird. Die Auskleidung 56 liegt von radial innen an einer metallischen Außenhülle 60 des Sammlerrohrs 20 an. Die Außenhülle 60 kann einen Befestigungsstutzen 62 ausbilden, mit dem die Gehäusehaube 48 des Einlassstutzens 24 über eine Schweißnaht 64 fest verbunden sein kann. Die Auskleidung 56 kann bis in den Befestigungsstutzen 62 hineinragen und dadurch innerhalb des Befestigungsstutzens 62 radial außen an dem Einlasskrümmer 54 anliegen. Die Befestigungshaube 48 kann ebenfalls mit Beton ausgegossen sein, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei verschiedenartige schichtweise übereinander gegossene Sorten Beton als Isoliermasse 66 vorgesehen sind. Zum Ausgleich von Toleranzen kann zwischen der Isoliermasse 66 des Einlassstutzens 24 und der Auskleidung 56 des Sammlerrohrs 20 eine temperaturfeste Fasermatte 68 vorgesehen sein.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform erfolgt im Vergleich zu der in 1 dargestellten Ausführungsform die Anbindung der weiteren ersten Zuleitung 38 und der weiteren zweiten Zuleitung 42 über einen von dem mit der ersten Zuleitung 26 und der zweiten Zuleitung 30 verbundenen Einlassstutzen 24 verschiedenen weiteren Einlassstutzen 70. Der weitere Einlassstutzen 70 ist auf einer gemeinsamen axialen Höhe zu dem Einlassstutzen 24 mit dem Sammlerrohr 20 verbunden, wobei der weitere Einlassstutzen 70 lediglich in Umfangsrichtung zu dem Einlassstutzen 24 versetzt positioniert ist. Wie in 4 dargestellt kann die Anbindung des weiteren Einlassstutzens 70 im Wesentlichen symmetrisch zu dem Einlassstutzen 24 mit Hilfe eines weiteren Einlasskrümmers 72 erfolgen, wobei der weitere Einlasskrümmer 72 ebenfalls die Ausmauerung 56 des Sammlerrohrs 20 durchdringen kann, um die Prozessgase aus der weiteren Ausgangsöffnung 78 des weiteren Einlassstutzens 70 in den Sammlerkanal 58 einzuleiten.
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Wie in 5 dargestellt können in einer Reihe linienförmig angeordneter Reformerrohre 12, 14 mit einem im Wesentlichen konstanten Abstand D durch einen Boden 74 der Brennkammer 10 hindurchtreten. Die beispielsweise paarweise durch gemeinsame Isolierummantelungen 34 geführten zugeordneten Zuleitungen 26, 30 können eine im Wesentlichen vertikal verlaufende Zuleitung 26, 30 und eine Zuleitung 30, 26 mit einem horizontalen Anteil aufweisen, so dass sich Bereiche ausbilden können, in denen nachfolgende Isolierummantelungen 34 um einen Abstand L zueinander beabstandet sind. In diesen Bereichen können vergleichsweise große Belüftungsfenster 76 ausgebildet werden, die einen signifikanten Wärmeabtransport durch natürliche Konvektion quer zur Strömungsrichtung des Sammlerrohrs 20 ermöglichen können.
