DE1150362B

DE1150362B - Contact furnace

Info

Publication number: DE1150362B
Application number: DEU6431A
Authority: DE
Inventors: Ernst Jaeger
Original assignee: IMP EXP CHEMISCHER ANLAGEN; ROHSTOFFE; UNION CHEMIE ERNST PAUL JAEGER
Current assignee: IMP EXP CHEMISCHER ANLAGEN; ROHSTOFFE; UNION CHEMIE ERNST PAUL JAEGER
Priority date: 1955-11-18
Filing date: 1955-12-24
Publication date: 1963-06-20

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

U6431IVa/12gU6431IVa / 12g

ANMELDETAG: 24. DEZEMBER 1955REGISTRATION DATE: DECEMBER 24, 1955

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 20. JUNI 1963NOTICE THE REGISTRATION ANDOUTPUTE EDITORIAL: JUNE 20, 1963

Die Erfindung betrifft die Ausbildung eines Kontaktofens, der zur Durchführung exothermer Reaktionsverfahren dient. Ein derartiger Kontaktofen besteht in der üblichen Aüsführungsform aus einem stehenden, z. B. zylindrischen Behälter, der mit Rohren variablen Querschnitts ausgestattet ist, durch welche die der Reaktion unterworfenen Gase oder Gasgemische hindurchgeführt werden. Zwischen den Rohren, die in möglichst geringem Abstand voneinander angeordnet und an ihren Enden starr miteinander oder mit einem starren Kopfstück oder Bodenstück verbunden werden, wird eine Kühlflüssigkeit, ζ. B. Quecksilber oder eine Salzlösung, vorgesehen. Um die Menge der Kühlflüssigkeit, die z. B. in Form von Quecksilber kostspielig ist, zu verringern, kann man in dem Raum zwischen den Rohren Füllstäbe, sogenannte »Verdrängerstäbe«, einsetzen. Auch hat man bereits vorgeschlagen, die Rohre, die mit geringstem Abstand nebeneinander verlaufen, an ihren Enden aufzuweiten und die aufgeweiteten Enden miteinander zu verschweißen. Eine besonders sparsame Ausbildung der Zwischenräume zwischen den Rohren ergibt sich in dem Falle, wenn man die Rohre mit sechseckigem Querschnitt ausbildet. Unabhängig von der besonderen Gestaltung der Rohre und der Art der zu ihrer Kühlung verwendeten Stoffe treten beim Betrieb eines solchen Kontaktofens erhebliche Wärmedehnungen auf, die an den Verbindungsstellen des Rohrbündels mit der Ofenwandung aufgenommen werden müssen. Diese Wärmedehnungen sind insbesondere dann sehr beträchtlich, wenn der Kontaktofen zur Durchführung exothermer Reaktionen verwendet wird.The invention relates to the design of a contact furnace which is used for carrying out exothermic reaction processes serves. Such a contact furnace consists in the usual embodiment of one standing, z. B. cylindrical container, which is equipped with tubes of variable cross-section, through which the gases or gas mixtures subjected to the reaction are passed through. Between Pipes, which are arranged at the smallest possible distance from one another and rigidly to one another at their ends or connected to a rigid head piece or base piece, a cooling liquid, ζ. B. mercury or a saline solution is provided. To the amount of coolant that z. B. in shape mercury is expensive to reduce, you can use filler rods in the space between the tubes, use so-called "displacement rods". It has also already been suggested that the pipes with the least Run distance next to each other, widen at their ends and the widened ends together to weld. A particularly economical design of the spaces between the pipes results in the case when the tubes are formed with a hexagonal cross-section. Independent of the special design of the pipes and the type of materials used to cool them Operation of such a contact furnace causes significant thermal expansions at the connection points of the tube bundle must be included with the furnace wall. This thermal expansion are particularly significant when the contact furnace is used to carry out exothermic reactions is used.

Um die infolge der Wärmedehnungen an den Verbindungsstellen zwischen dem Rohrbündel und der Ofenwandung auftretenden erheblichen Kräfte aufzunehmen, hat man die Verbindung an dieser Stelle bereits in Form sehr dicker Stahlplatten von z. B. 10 cm Stärke ausgeführt. Dennoch hat sich gezeigt, daß selbst solche Abmessungen nicht ausreichen, um in allen Fällen die bei einem Kontaktprozeß auftretenden Dehnungskräfte aufzunehmen. Es werden vielfach in der Praxis Risse und Brüche an den Verbindungsstellen beobachtet.To the due to the thermal expansion at the connection points between the tube bundle and the To absorb considerable forces occurring in the furnace wall, the connection has to be made at this point already in the form of very thick steel plates of z. B. 10 cm thick. Nevertheless it has been shown that even such dimensions are not sufficient to in all cases occur in a contact process To absorb stretching forces. In practice, there are often cracks and breaks at the connection points observed.

Es sind auch mehrere Versuche bekannt, die Verbindung zwischen Rohrbündel und Wand bei Wärmetauschern elastisch auszubilden. So ist z. B. die Konstruktion eines Gasreaktionsofens bekanntgeworden, bei welcher die rohrförmigen Elemente in genügender Entfernung von der Erhitzungszone durch Dichtungen hindurchgeführt und mit HiKe elastisch ausgebildeter Verbindungsrohre an Sammelkammern ange-Kontaktofen There are also several known attempts to establish the connection between the tube bundle and the wall in heat exchangers to be elastic. So is z. B. the construction of a gas reaction furnace became known, in which the tubular elements at a sufficient distance from the heating zone by seals passed through and with HiKe elastically formed connecting pipes attached to collecting chambers-contact furnace

Anmelder:Applicant:

Union-Chemie Ernst Paul Jäger,
Import-Export chemischer AnlagenUnion-Chemie Ernst Paul Jäger,
Import-export of chemical plants

und Rohstoffe,
Düsseldorf-Reisholz, Oerschbachstr. 35-39and raw materials,
Düsseldorf-Reisholz, Oerschbachstr. 35-39

Ernst Jäger, Düsseldorf-Reisholz,
ist als Erfinder genannt wordenErnst Jäger, Düsseldorf-Reisholz,
has been named as the inventor

schlossen sind. Bei einer anderen bekannten Ausbildung eines Röhrenofens mit Wärmeaustauscher für hohe Drücke und hohe Temperaturen in gemeinsamem Druckraum, der insbesondere zur Ausführung chemischer Reaktionen dient, ist die Verbindung zwisehen Röhrenofen und Wärmeaustauscher durch dehnungsfähige Verbindungsstücke, nämlich durch blattförmig gestaltete Rohrstücke, bewirkt, die mit den Böden des Ofens und der Wärmeaustauscher gasdicht verbunden sind.are closed. In another well-known training a tube furnace with heat exchanger for high pressures and high temperatures in common The connection is between the pressure chamber, which is used in particular to carry out chemical reactions Tube furnace and heat exchanger by means of expandable connecting pieces, namely through Sheet-shaped pipe pieces, which causes the gas-tight with the bottoms of the furnace and the heat exchanger are connected.

Die Erfindung geht demgemäß von einem an sich bekannten Kontaktofen für exotherm verlaufende Reaktionen mit einem in einem stehenden zylindrisch gestalteten Gehäuse untergebrachten, gegenüber dem Gehäuse elastisch gelagerten Rohrbündel mit an ihren Enden nicht aufgeweiteten Rohren aus, wobei in den Zwischenräumen zwischen den Rohren Kühlstoff vorgesehen wird.The invention is accordingly based on a contact furnace known per se for exothermic reactions with a housed in a standing, cylindrically shaped housing, opposite the Housing elastically mounted tube bundle with tubes not expanded at their ends, with the Interstices between the tubes coolant is provided.

Um bei einem solchen Kontaktofen die durch die erheblichen, bei Temperaturänderungen auftretenden Dehnungskräfte verursachten Deformationen und Zerstörungen zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen dem starren Kopfstück oder Bodenstück des Rohrbündels und der äußeren Behälterwandung eine elastische Verbindung in Form von das Kopfstück oder Bodenstück umgebenden elastischen Ringen oder Laschen vorzusehen, die einerseits mit dem Kopfstück oder Bodenstück des Rohrbündels, andererseits mit der äußeren Behälterwandung verschweißt sind. Eine solche elastische Verbindung wird erfindungsgemäß wenigstens an einem Ende des Rohrbündels, gegebenenfalls an beiden Enden desselben, vorgesehen.In the case of such a contact furnace, in order to avoid the significant changes in temperature that occur According to the invention, avoiding deformations and destruction caused by elongation forces proposed between the rigid head piece or bottom piece of the tube bundle and the outer container wall to provide an elastic connection in the form of elastic rings or tabs surrounding the head piece or bottom piece, which on the one hand with the head piece or bottom piece of the tube bundle, on the other hand with the outer container wall are welded. According to the invention, such an elastic connection is at least one one end of the tube bundle, optionally at both ends thereof, is provided.

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Vorzugsweise können die elastischen Verbindungsglieder schleifenförmig, z. B. in S-förmig gekrümmter Form, als Stahllaschen oder Stahlringe derart ausgebildet werden, daß diese Verbindungsteile unter dem Einfluß der Temperaturänderungen federn oder sich, z. B. seitlich oder in Richtung der Rohrachsen, verschieben können, so daß eine Zerstörung dieser Teile wirksam verhindert wird.Preferably, the elastic connecting members loop-shaped, e.g. B. in S-shaped curved shape, designed as steel plates or steel rings in this way become that these connecting parts spring under the influence of temperature changes or become, z. B. laterally or in the direction of the pipe axes, so that destruction of these parts is effectively prevented.

Vorteilhaft kann man dabei den mittleren, das Rohrbündel enthaltenden Teil des Kontaktofens mit einem starren, widerstandsfähigen Außenmantel ausbilden, an welchem die Gaszuführungsräume sowie die Gasabführungsräume in Form aufgeflanschter, abnehmbarer Hauben angeschlossen sind, während sämtliche andere Leitungen, z. B. für die Zuführung von Kühlstoffen sowie für die Ableitung derselben, in den starren Ofenmantel eingeführt sind.The middle, the Form the part of the contact furnace containing the tube bundle with a rigid, resistant outer jacket, on which the gas supply spaces and the gas discharge spaces in the form of flanged, removable hoods are connected, while all other lines, z. B. for feeding of coolants as well as for the discharge of the same, are introduced into the rigid furnace jacket.

In der Zeichung sind verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Various embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Reaktionsofen im senkrechten Schnitt;1 shows a schematic representation of a reaction furnace in vertical section;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch diesen Ofen nach Linie A-B; Fig. 2 is a section through this furnace along the line AB;

Fig. 3 stellt den Anschluß des Rohrbündels des Reaktors an den Mantel des Kontaktofens dar;3 shows the connection of the tube bundle of the reactor to the jacket of the contact furnace;

Fig. 4 und 5 stellen weitere Ausbildungsformen eines solchen Anschlusses dar.FIGS. 4 and 5 show further embodiments of such a connection.

Im einzelnen bezeichnet das Bezugszeichen 1 die äußere Wandung eines Reaktionsofens, die z. B. in Form eines stehenden Zylindermantels ausgebildet ist. Der Reaktionsofen ist mit einer trichterförmig gestalteten, abnehmbaren Haube 2 und einem ebenfalls trichterförmig gestalteten Boden 3 versehen. Die Zuführung des in Reaktion zu bringenden Gasgemischs erfolgt z. B. von oben durch eine Leitung 4, die Abführung der Reaktionsprodukte durch eine Leitung 5. Doch kann die Zuführung auch im unteren Teil des Reaktors, die Abführung der gebildeten Produkte im oberen Teil desselben erfolgen.In detail, the reference numeral 1 designates the outer wall of a reaction furnace, the z. Am Is formed in the form of a standing cylinder jacket. The reaction furnace is equipped with a funnel-shaped, removable hood 2 and a funnel-shaped bottom 3 is also provided. The feed the gas mixture to be reacted is carried out, for. B. from above through a line 4, the discharge the reaction products through a line 5. However, the feed can also be in the lower part of the Reactor, the discharge of the products formed in the upper part of the same take place.

Durch besondere Leitungen 6 und 7 können Kühlflüssigkeiten, z. B. Quecksilber, eingeführt werden. Durch eine weitere im unteren Teil des Reaktors angeordnete Leitung 8 können die Kühlstoffe abgelassen werden.Special lines 6 and 7 allow cooling liquids, z. B. mercury, are introduced. Another one arranged in the lower part of the reactor Line 8, the coolants can be drained.

Der von dem Mantel 1 umschlossene Raum des Kontaktofens ist mit senkrecht stehenden Rohren 9 beliebigen Querschnitts ausgestattet. Die Rohre können z. B. kreisrund, quadratisch, sechseckig oder vieleckig gestaltet sein. An ihren Enden 10,11 (vgl. Fig. 3) werden die Rohrbündel derart miteinander vereinigt, z. B. in starre Kopfplatten bzw. Bodenplatten eingebunden, oder miteinander, gegebenenfalls unter Einfügung von Zwischenstücken verschweißt, daß zwischen den Rohren nur verhältnismäßig enge Zwischenräume 12 verbleiben, so daß eine möglichst sparsame, der Wärmeentwicklung beim Reaktionsvorgang angepaßte Menge des Kühlstoffes aufgenommen wird.The space of the contact furnace that is enclosed by the jacket 1 is provided with vertically positioned tubes 9 any cross-section. The tubes can, for. B. circular, square, hexagonal or be designed polygonal. At their ends 10, 11 (cf. FIG. 3), the tube bundles are connected to one another in this way united, e.g. B. integrated in rigid head plates or base plates, or with each other, if necessary welded with the insertion of intermediate pieces, that between the pipes only proportionally narrow spaces 12 remain, so that the most economical possible of heat generation adjusted amount of coolant is absorbed during the reaction process.

Im Ausführungsbeispiel der Zeichnung sind die Rohre an ihren Enden z. B. durch Schweißnähte 13 miteinander verbunden, so daß eine starre, das Rohrbündel enthaltende Kopfplatte und eine ebenfalls starre Bodenplatte entstehen.In the embodiment of the drawing, the tubes are z. B. by weld seams 13 connected to each other, so that a rigid, the tube bundle containing head plate and one also rigid floor slab.

Das ganze Rohrbündel ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an seinem unteren Ende 11 mit einem starren Ring 14 versehen, der einerseits mit dem Rohrbündel, andererseits mit der Wandung 1 des Kontaktofens verschweißt wird. Am oberen Ende dagegen besteht die Verbindung zwischen dem Rohrbündel und der Wandung 1 erfindungsgemäß aus unter dem Einfluß der Temperatur ihre Form derart ändernden Gliedern, daß das ganze Rohrbündel der Temperaturerhöhung entsprechende Formänderungen, insbesondere Längsdehnungen ausführen kann, so daß also die Verbindungsstellen 14 und 15 nicht wesentlich beansprucht werden und deshalb nicht zerstört werden können. Zu diesem Zwecke genügt es, wenn die oberen Verbindungsglieder 15 in Form eines das Rohrbündel umgebenden stark gekrümmten elastischen Ringes oder auch in Form mehrerer einzelner gekrümmter Laschen ausgeführt werden, die unter dem Einfluß der Temperaturänderungen ihre Form verhältnismäßig leicht ändern. Die Verbindungsstücke könnten auch andere Form, z. B. S-Form oder Schleifenform, besitzen.The entire tube bundle is in the illustrated embodiment at its lower end 11 with a rigid ring 14 is provided, which on the one hand with the tube bundle and on the other hand with the wall 1 of the contact furnace is welded. At the upper end, however, there is the connection between the tube bundle and the wall 1 according to the invention from its shape under the influence of temperature changing members, that the whole tube bundle of the temperature increase corresponding changes in shape, in particular, can perform longitudinal expansions, so that the connection points 14 and 15 do not are significantly stressed and therefore cannot be destroyed. For this purpose it is sufficient it when the upper connecting members 15 in the form of a strongly curved surrounding the tube bundle elastic ring or in the form of several individual curved tabs that change their shape relatively easily under the influence of temperature changes. The connectors could also be other forms, e.g. B. S-shape or loop shape.

Gemäß Fig. 4 sind sowohl die unteren Rohrenden 11 wie die oberen Rohrenden 10 des Rohrbündels mittels solcher elastischer Verbindungen an die Wandung 1 des Kontaktofens angeschlossen. Die untere Verbindung ist hier beispielsweise in Form gekrümmter Laschen gestaltet, während die obere Verbindung S-Form besitzt, so daß also ein elastisches Arbeiten sowohl der unteren wie der oberen Verbindungsstellen unter dem Einfluß der Temperaturänderungen ermöglicht wird.According to FIG. 4, both the lower tube ends 11 and the upper tube ends 10 of the tube bundle connected to the wall 1 of the contact furnace by means of such elastic connections. The lower one Connection is designed here, for example, in the form of curved tabs, while the upper connection S-shape, so that both the lower and the upper connection points work elastically is made possible under the influence of temperature changes.

In der Ausgestaltung der elastischen Verbindungsglieder ist man nicht beschränkt. So könnten gemäß der in Fig. 5 gezeigten Draufsicht auf die oberen Verbindungsstellen des Kontaktofens die Verbindungsglieder auch aus exzentrisch oder etwa tangential an das Rohrbündel 9 angeschlossenen Laschen 16 bestehen, deren Länge und Krümmung eine Längsbewegung des Rohrbündels in axialer Richtung ermöglicht. There is no restriction on the design of the elastic connecting members. So could according to the plan view shown in Fig. 5 of the upper connection points of the contact furnace, the connecting links also consist of tabs 16 connected eccentrically or approximately tangentially to the tube bundle 9, whose length and curvature allow a longitudinal movement of the tube bundle in the axial direction.

Die Rohre können dabei — wie eingangs erwähnt — jede beliebige Gestaltung besitzen. Auch können Kopf und Boden des Rohrbündels, in dem die einzelnen Rohre vereinigt sind, beliebig, indes starr, ausgestaltet werden.The tubes can - as mentioned at the beginning - have any design. Even The top and bottom of the tube bundle, in which the individual tubes are combined, can, however rigid, be designed.

Infolge der elastischen Beweglichkeit des gesamten Rohrbündels ist ein solcher Kontaktofen nicht nur weitgehend unabhängig von Temperaturänderungen, auch wenn dieselben in außergewöhnlichem Maße auftreten, sondern es wird auch die Lebensdauer der Rohre des Rohrbündels wie auch der Verbindungsteile erhöht. Ferner ist man in der Lage, die mit dem Ofenmantel 1 verbundenen Teile₃ z. B. die Haube 2 und den Boden 3, auch abnehmbar auszubilden, da infolge der starken Verringerung der auf die Ofenkonstruktion wirkenden mechanischen Beanspruchungen diese Teile zur Stabilität der ganzen Ofenkonstruktion nicht wesentlich beizutragen brauchen. Man kann also die Gaszuführungshaube 2 wie den Boden 3 in Form einfacher aufgeflanschter Trichter ausbilden.As a result of the elastic mobility of the entire tube bundle, such a contact furnace is not only largely independent of temperature changes, even if they occur to an exceptional extent, but the service life of the tubes of the tube bundle as well as of the connecting parts is increased. Furthermore, you are able to the connected to the furnace shell 1 parts ₃ z. B. the hood 2 and the bottom 3, also to be removable, since due to the great reduction in the mechanical stresses acting on the furnace structure, these parts do not have to make a significant contribution to the stability of the entire furnace structure. The gas supply hood 2, like the base 3, can therefore be designed in the form of simple flanged-on funnels.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Contact furnace for exothermic reactions with a housed in a standing, cylindrically shaped housing, with respect to the housing elastically mounted tube bundle with tubes not expanded at their ends, with coolants being provided in the spaces between the tubes, characterized in that an elastic connection between the rigid head or base of the

Tube bundle and the outer container wall in the form of the head piece or bottom piece surrounding, with the same as with the outer container wall welded elastic rings or tabs is formed.

2. Contact furnace according to claim 1, characterized in that the elastic connecting members are loop-shaped.

3. Contact furnace according to claims 1 and 2, characterized in that the middle the Part of the contact furnace containing tube bundles with a rigid, resistant outer jacket

(1) is designed on which the gas supply spaces and gas discharge spaces in the form of flanged, removable hoods (2,3) are connected, while all other supply and Leads are introduced into the rigid furnace shell (1).

Considered publications:
German Patent No. 806 790;
Austrian Patent No. 116 364;
French Patent No. 745421;
British Patent No. 166,930.

1 sheet of drawings