DE1080070B

DE1080070B - Device for the continuous indirect heating of mixtures of high-boiling hydrocarbons

Info

Publication number: DE1080070B
Application number: DEO6417A
Authority: DE
Inventors: Kurt Bittorf
Original assignee: Dr C Otto and Co GmbH
Current assignee: Dr C Otto and Co GmbH
Priority date: 1958-10-24
Filing date: 1958-10-24
Publication date: 1960-04-21

Description

Vorrichtung zur kontinuierlichen mittelbaren Erhitzung von Mischungen hochsiedender Kohlenwasserstoffe In den Anfängen der Verarbeitung von Erdölen und der bei der trockenen Destillation der Stein- und Braunkohle anfallenden Teere hat man diskontinuierliche Verfahren benutzt; der Erhitzung in Blasen oder ähnlichen Behältern wurden gleichzeitig verhältnismäßig große Flüssigkeitsmengen ausgesetzt, wobei das Problem lokaler Überhitzungen keine Rolle spielte. Mit dem Anwachsen des Bedarfes an den bei der Aufarbeitung von Erdölen und Teeren anfallenden Grundstoffen und der Einfügung dieser Aufarbeitung in andere kontinuierlich arbeitende Betriebe sind kontinuierliche Verfahren immer mehr und mehr zur Anwendung gelangt. Bei diesen muß einerseits die Erhitzung in kurzer Zeit erfolgen, andererseits sind die in der Zeiteinheit zu erhitzenden Mengen auch bei große Anlagen verhältnismäßig gering. Zur Wärmeübertragung bieten sich dabei von selbst Systeme an, bei denen entweder die zu erhitzende Flüssigkeit durch Rohre und das Heizmittel um die äußeren Rohrwandungen geführt wird oder aber das Heizmittel führende Rohre einen von der Flüssigkeit durchströmten Behälter durchsetzen. Soweit es sich um geringere Erhitzungstemperaturen handelt, wie sie z. B. beim Abtrieb des Benzols aus mit Benzol angereichertem Waschöl in Frage kommen, kann man als Wärmeträger überhitzten Wasserdampf benutzen; dabei ist die Gefahr lokaler Überhitzungen gering. Zur Erreichung höherer Temperaturen und aus wirtschaftlichen Gründen ist man aber darauf angewiesen, die Erhitzung durch die Gase vorzunehmen, die bei der Verbrennung fester, flüssiger und gasförmiger Brennstoffe entstehen. Bei den mit Gasbeheizung arbeitenden Anlagen hat inzwischen der Röhrenofen seinen Siegeszug angetreten, und zwar sowohl in der Form mit waagerecht liegenden als auch mit senkrecht stehenden Rohren, die zum Durchfluß des zu erhitzenden Erdöles, Teeres, Benzolwaschöles od. dgl. dienen, wobei diese Rohre von den Flammengasen umspült werden. Trotz vieler beachtlicher Vervollkommnungen, die der Röhrenofen im Laufe seiner Entwicklung erfahren hat, ist er im Aufbau noch recht kostspielig, auch Schäden im Betrieb sind nicht selten und ihre Behebung in der Regel recht schwierig, vor allem aber muß durch besondere Maßnahmen dafür gesorgt werden, daß keine lokalen Überhitzungen auftreten; diesen wirkt man dadurch entgegen, daß man die leicht siedenden Anteile oder beigemengtes Wasser möglichst weitgehend aus den Kohlenwasserstoffgemischen vor der Erhitzung entfernt und daß man das in dem Röhrenofen zu erhitzende Gemisch unter höheren Druck bringt.Device for the continuous indirect heating of mixtures high-boiling hydrocarbons In the early days of petroleum and petroleum processing which has tars from the dry distillation of hard coal and lignite batch processes are used; heating in bubbles or the like Containers were exposed to relatively large amounts of liquid at the same time, whereby the problem of local overheating played no role. As the The need for the raw materials arising from the processing of crude oils and tars and the incorporation of this processing into other continuously operating establishments Continuous processes are used more and more. With these On the one hand, the heating must take place in a short time, on the other hand they are in the Unit of time to be heated quantities relatively small even in large systems. Systems that offer either the liquid to be heated through pipes and the heating means around the outer pipe walls is performed or the heating medium leading pipes a flowed through by the liquid Enforce container. As far as lower heating temperatures are concerned, how they z. B. when stripping benzene from benzene-enriched washing oil in Question, can you use superheated steam as a heat transfer medium; is there the risk of local overheating is low. To achieve higher temperatures and for economic reasons one is dependent on the heating through to make the gases that are solid, liquid and gaseous during combustion Fuels are created. In the case of the systems that work with gas heating, the tube furnace began its triumphal march, both in the form with horizontal lying as well as vertically standing tubes, the flow of the to be heated Petroleum, tar, benzene washing oils or the like. Serve, these pipes from the flame gases be washed around. Despite many considerable improvements made by the tube furnace learned in the course of its development, it is still quite expensive to build, Damage in operation is also not uncommon and its repair is usually quite difficult, Above all, however, special measures must be taken to ensure that no local Overheating occurs; one counteracts these by using the low-boiling ones Parts or added water as largely as possible from the hydrocarbon mixtures removed before heating and that the mixture to be heated in the tube furnace brings under higher pressure.

Abgesehen von dem gar nicht unbeträchtlichen Raumbedarf solcher Röhrenöfen stellen jedenfalls die sehr sorgfältig durchzuführende Überwachung und die Schwierigkeit von Ausbesserungsarbeiten, die ohne Stillsetzen des Ofens nicht durchzuführen sind, Momente dar, die das Ziel rechtfertigen, nach einer Einrichtung zu suchen, die im Aufbau kleiner und erheblich billiger, im Betrieb einfacher und weniger störanfällig, auch Schwankungen im Durchsatz leichter anzupassen ist und in der Wärmeausnutzung einem Röhrenofen nicht nachsteht.Apart from the not inconsiderable space requirement of such tube furnaces In any case, they represent the very careful monitoring and the difficulty of repair work that cannot be carried out without shutting down the furnace, Are moments that justify the goal of looking for a facility that will Construction is smaller and considerably cheaper, simpler to operate and less prone to failure, fluctuations in throughput are also easier to adjust and in heat utilization Not inferior to a tube furnace.

Gemäß der Erfindung besteht eine solche Einrichtung zur kontinuierlichen mittelbaren Erhitzung von Erdölprodukten, Teerölen und ähnlichen gegen Überhitzungen empfindlichen Mischungen hochsiedender Kohlenwasserstoffe zum Zwecke der nachfolgenden destillativen Trennung in einem Bündel von Rohren, die zwischen einer Verteilkammer und einer Sammelkammer parallel geführt und dazwischen von einem dazu achsparallelen geschlossenen Rohrkörper umgeben sind, wobei am Anfang und Ende dieses Rohrkörpers seitliche Anschlüsse für gegenläufig zur erhitzten Mischung mit hoher Geschwindigkeit strömende Wälzgase einer Feuerung vorgesehen sind und die Rohre in dem zwischen diesen Beheizungsanschlüssen liegenden Teil des Rohrkörpers mit im wesentlichen radialen äußeren Rippen versehen sind. Der innerhalb des Rohrkörpers zwischen den auf den Rippenrohren verbleibende Raum muß so weit mit Verdrängungskörpern und eingebauten Querblechen (Schikanen) zugestellt sein, daß ein wesentlicher Teil der Wälzgase der Feuerung zwischen den Rohrrippen strömt. Eine einzelne Feuerung kann dabei zum Betrieb einer oder mehrerer derartiger neuer Einrichtungen dienen. Zu dem mittels eines kräftigen Ventilators mit hoher Geschwindigkeit umgewälzten Gemisch wird jedesmal nur ein geringer Bruchteil verbrannter Gase gegeben. Auf diese Weise läßt sich die Eintrittstemperatur der Umwälzgase in dem Erhitzer genau einstellen. Die Strömungsgeschwindigkeit des umgewälzten Gases innerhalb des Rohrkörpers beträgt, auf eine Temperatur von 0° C bezogen, mehr als 20 min der Sekunde und darüber. Die auf den Kubikmeter umbauten Raumes bezogene stündliche Wärmeerzeugung ist bei der neuen Einrichtung ein Mehrfaches derjenigen der Röhrenöfen. Die Rohrbündel, die entweder senkrecht oder waagerecht (je nach den Raumverhältnissen) angeordnet sind, lassen sich außerordentlich leicht reinigen oder ausbauen. Die Einfachheit des Aufbaues läßt es empfehlenswert erscheinen, gewöhnlich mehrere Einheiten für eine Anlage vorzusehen, um einerseits sich wechselndem Durchsatz leichter anpassen zu können und andererseits wenigstens eine Einheit in Reserve zu haben.According to the invention, there is such a device for continuous indirect heating of petroleum products, tar oils and similar against overheating sensitive mixtures of high-boiling hydrocarbons for the purpose of the following distillative separation in a bundle of tubes between a distribution chamber and a collecting chamber guided in parallel and in between by an axially parallel to it closed tubular body are surrounded, with the beginning and end of this tubular body Lateral connections for counter-rotating to the heated mixture at high speed flowing circulating gases of a furnace are provided and the pipes in the between these heating connections lying part of the tubular body with essentially radial outer ribs are provided. The inside the pipe body between the The remaining space on the finned tubes must be covered with displacement bodies and built-in Cross plates (baffles) to be delivered that a substantial part of the rolling gases the furnace flows between the pipe fins. A single furnace can be used for Operation of one or more such new facilities. To the means A powerful fan at high speed circulates the mixture every time given only a small fraction of burned gases. In this way, the Set the inlet temperature of the circulating gases in the heater precisely. The flow velocity of the circulated gas within the tubular body is to a temperature of 0 ° C related, more than 20 min of the second and above. The on the Cubic meters of enclosed space is related to hourly heat generation with the new Setup several times that of the tube furnaces. The tube bundle that either are arranged vertically or horizontally (depending on the space available) extremely easy to clean or remove. The simplicity of construction makes it appear advisable, usually several units for one plant to be provided in order to be able to adapt to changing throughput more easily on the one hand and on the other hand to have at least one unit in reserve.

Obgleich die neue Einrichtung an sich bekannte Elemente, wie Rippenrohre und Umwälzheizung, benutzt, so war es doch überraschend, festzustellen, daß es möglich war, die vielfach auftretende Aufgabe der Erhitzung derart empfindlicher Stoffmischungen mit bedeutend geringerem Aufwand und in einfacherer Weise durchzuführen.Although the new device is known elements such as finned tubes and circulating heating, it was surprising to find that it was possible was the frequently occurring task of heating such sensitive mixtures of substances to be carried out with significantly less effort and in a simpler manner.

In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung zur Erhitzung eines Kohlenwasserstoffgemisches gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 schematisch die Anordnung eines Erhitzers zusammen mit einer Brennkammer und Umpumpgebläse; Abb.2 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Erhitzer (wobei der mittlere Teil abgebrochen ist) ; Abb. 3 zeigt einen Querschnitt entsprechend III-III von Abb.2 durch den oberen Anschlußraum des im Gegenstrom zu dem erhitzten Gemisch geführten Wälzgases.In the drawings is an apparatus for heating a hydrocarbon mixture shown according to the invention, namely Fig. 1 shows schematically the arrangement a heater together with a combustion chamber and circulation fan; Fig.2 shows one vertical section through the heater (with the middle part broken off) ; Fig. 3 shows a cross section according to III-III of Fig.2 through the upper one Connection space of the circulating gas conducted in countercurrent to the heated mixture.

Mit 10 ist die Brennkammer bezeichnet, in die unter Druck durch die Leitung 11 Verbrennungsluft, durch die Leitung 12 das Brenngas zugeführt wird. Die zugeführte Menge an frischen Verbrennungsmitteln beträgt nur einen Bruchteil, beispielsweise ein Fünftel des durch die Leitung 13 zugeführten abgekühlten Umwälzgases. Aus dem Dom der Brennkammer 14 strömen die aufgeheizten Umwälzgase durch die Leitungen 15 zu den einzelnen Überhitzern 16, von denen in Abb. 1 nur einer dargestellt ist, und zwar in die obere Anschlußkammer 17 eines derartigen Erhitzers. Sie verlassen denselben durch die untere Anschlußkammer 18 und werden über die Leitung 19 von dem Gebläse 20 derart abgesaugt, daß innerhalb des Erhitzers eine hohe Strömungsgeschwindigkeit herrscht. Ein kleiner Teil des umgewälzten Gases zieht durch die Leitung 21 ab, der größere Teil kehrt über die Leitung 13 in die Brennkammer 10 zurück: Es sind so viel Umwälzpumpen 20 vorhanden, wie Brennkammern 16 vorgesehen sind.With 10 the combustion chamber is referred to, in which under pressure by the Line 11 combustion air, through which line 12 the fuel gas is supplied. the supplied amount of fresh combustion agents is only a fraction, for example one fifth of the cooled circulating gas supplied through line 13. From the In the dome of the combustion chamber 14, the heated circulating gases flow through the lines 15 to the individual superheaters 16, of which only one is shown in Fig. 1, namely in the upper connection chamber 17 of such a heater. they leave the same through the lower connection chamber 18 and are via the line 19 of the fan 20 so sucked that a high flow rate within the heater prevails. A small part of the circulated gas is withdrawn through line 21, the greater part returns via the line 13 into the combustion chamber 10: there are as many circulating pumps 20 are available as combustion chambers 16 are provided.

Die Einzelheiten des Erhitzers ergeben sich aus Abb. 2 und 3. Das der Erhitzung zu unterwerfende Kohlenwasserstoffgemisch tritt aus der Zuführungsleitung 22 über die Abzweigleitung 23 in die Verteilkammer 24 des Erhitzers ein, in deren oberen Boden 25 die unteren Enden der fünf Erhitzerrohre 26 eingesetzt sind. Dicht oberhalb des Bodens 25 ist an den Rohren 26 ein Abschlußdeckel 27 aufgehängt, der einen zylindrischen Mantel 29 trägt, der sich in senkrechter Richtung frei in dem unteren Abschlußring 30 des Rohrkörpers 31 bewegen kann und mittels der Stopfbüchsenpackung 28 gegen diesen Ring abgedichtet ist. Auf der Höhe der unteren Anschlußkammer 18, die den Rohrkörper 31 umgibt, sind in diesem öffnungen 32 für den Austritt der umgewälzten Gase vorgesehen, die von hier in das Rohr 19 eintreten. Oberhalb der Kammer 18 sind die Erhitzerrohre 26 mit radialen Rippen 33 versehen, wobei je zwei benachbarte Rippen durch einen Blechkörper von haarnadelförmigem Querschnitt gebildet werden, die an der Stelle ihrer inneren Krümmung durch Schweißung mit der Außenwandung der Erhitzerrohre 26 verbunden sind.The details of the heater are shown in Figs. 2 and 3. The hydrocarbon mixture to be subjected to heating enters the distribution chamber 24 of the heater from the supply line 22 via the branch line 23, in the upper floor 25 of which the lower ends of the five heater tubes 26 are inserted . Just above the bottom 25, a cover 27 is suspended from the tubes 26, which carries a cylindrical jacket 29 which can move freely in the vertical direction in the lower closing ring 30 of the tubular body 31 and is sealed against this ring by means of the gland packing 28. At the level of the lower connection chamber 18, which surrounds the pipe body 31, openings 32 are provided in this for the outlet of the circulated gases which enter the pipe 19 from here. Above the chamber 18, the heater tubes 26 are provided with radial ribs 33, two adjacent ribs each being formed by a sheet metal body with a hairpin-shaped cross section, which are connected to the outer wall of the heater tubes 26 by welding at the point of their inner curvature.

In ähnlicher Weise wie die untere Anschlußkammer ist auch die obere Anschlußkammer ausgebildet. Auch hier sind in dem Rohrkörper 31 Öffnungen 32 vorgesehen, durch welche das heiße, durch die Leitung 15 zugeführte Umwälzgas aus dem zwischen der ringförmigen Kammer 17 und dem Rohrkörper 31 gebildeten Raum eintritt. Der zylindrische, innerhalb der fünf Erhitzerrohre 26 liegende Raum ist in dem zwischen der oberen Anschlußkammer 17 und der unteren Anschlußkammer 18 liegenden Teil des Erhitzers durch einen Verdrängungskörper 34 ausgefüllt, der von einem Ansatzstück 35 gehalten wird, das an eines der Erhitzerrohre 26 angeschweißt ist. An dem Verdrängungskörper 34 sind ferner zwischen je zwei Erhitzerrohre 26 fassende Führungsstücke 36 angebracht. Mit dem oberen Deckel 37 der oberen Anschlußkammer 17 sind die durch diesen Deckel geführten Erhitzerrohre 26 fest verbunden. Sie münden am oberen Ende in die Sammelkammer 38, deren unteren Boden 39 sie durchsetzen. Aus der Sammelkammer strömt das erhitzte C51 über die Leitung 40 zu der Sammelleitung 41.The upper one is similar to the lower connection chamber Connection chamber formed. Here, too, openings 32 are provided in the tubular body 31, through which the hot circulating gas supplied through line 15 from the between the annular chamber 17 and the tubular body 31 space formed. The cylindrical, inside the five heater tubes 26 is the space between the upper one Terminal chamber 17 and the lower terminal chamber 18 lying part of the heater filled by a displacement body 34 which is held by an extension piece 35 which is welded to one of the heater tubes 26. On the displacement body 34 are also mounted between each two heater tubes 26 grasping guide pieces 36. With the upper cover 37 of the upper connection chamber 17 are through this cover guided heater tubes 26 firmly connected. They open into the collecting chamber at the upper end 38, the lower bottom 39 of which they enforce. The heated flows out of the collecting chamber C51 via line 40 to manifold 41.

Wie bereits oben erwähnt, können mehrere Erhitzer 16 einer einzelnen Brennkammer zugeordnet werden. Von diesen können auch beliebig viele in oder außer Betrieb genommen sein, oder die Anlage kann sehr leicht an schwankende Durchsatzmengen angepaßt werden.As mentioned above, multiple heaters 16 can be a single Combustion chamber are assigned. Any number of these can be in or out of these Be operational, or the system can easily adapt to fluctuating throughput rates be adjusted.

Bezüglich der Zahl der innerhalb eines Rohrkörpers untergebrachten Erhitzerrohre bestehen bei der neuen Einrichtung viele Variationsmöglichkeiten. Wenn auch der zylindrische Querschnitt des Rohrkörpers bezüglich der Gleichmäßigkeit der Verteilung gewisse Vorteile hat, so ist es doch bei Anwendung geeigneter Einbauten und richtiger Führung der umgewälzten Beheizungsgase möglich, auch rechteckige oder andersartige Querschnitte zu verwenden.Regarding the number of housed within a tubular body There are many possible variations in the new facility for heater tubes. Even if the cylindrical cross-section of the tubular body in terms of uniformity the distribution has certain advantages, so it is with the use of suitable internals and correct guidance of the circulated heating gases possible, also rectangular or to use different cross-sections.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for continuous indirect heating of petroleum products, tar oils and similar mixtures sensitive to overheating high-boiling hydrocarbons for the purpose of the subsequent separation by distillation, characterized by a bundle between a distribution (24) and a collection chamber (38) pipes (26) which run parallel to one another and are surrounded by a pipe body (16) are, with at the beginning and end of this tubular body (16) lateral connections (17, 18) for circulating gases from a furnace and flowing in the opposite direction to the heated mixture Arrangement of axially parallel, essentially radial outer ribs known per se (33) on the pipes (26) in the one between the heating connections (17, 18) Part of the tubular body (16).

2. Device according to claim 1, characterized in that that within the tubular body (16) in the remaining free from the tubular ribs (33) Parts displacement body (34) with baffles (36) (cross plates) are installed.