DE1442740A1

DE1442740A1 - Ofen zum Erhitzen fliessfaehiger Reaktionsteilnehmer in Gegenwart eines Katalysators

Info

Publication number: DE1442740A1
Application number: DE19631442740
Authority: DE
Inventors: Ross Donald Earl; Dobbs Robert John; Shou Kao
Original assignee: Pullman Inc
Current assignee: Pullman Inc
Priority date: 1962-07-30
Filing date: 1963-07-30
Publication date: 1968-12-19
Also published as: US3257172A; NL295809A; ES290402A1; GB982650A; BE679539A

Description

The M.W. Kellog Company. Hew York» H.Y.. USA

Ofen zum Erhitzen fließfähiger Reaktions-

teilnehmer in Gegenwart eines Katalyaatore

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen zum Erhitzen fließfähiger Heaktionsteilnehmer in Gegenwart eines Katalysators, insbesondere zur katalytisohen Umsetzung von Kohlenv/asserstoffen mit Dampf, zur Herstellung von Wasserstoff.

Öfen zum Erhitzen fließfähiger ßeaktionsteilnehmer in Gegenwart von Katalysatoren werden allgemein dort verwendet, wo große Mengen an Wärme geliefert werden müssen, um eine endotherme katalytisohe chemische Umsetzung, die nur bei erhöhten Temperaturen mit tragbaren Geschwindigkeiten abläuft

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oder bei der sich nur bei erhöhten Temperaturen ein gewünschtes Gleichgewicht einstellt, zu unterhalten. Ein Beispiel für eine derartige chemische Umsetzung ist die Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Dampf unter Bildung von Wasserstoff und Kohlenoxyden in Gegenwart eines ETickelkatalysators. In derartigen öfen werden die verdampften Kohlenwasserstoffe und Dampf über einen in vertikal im Strahlungsabschnitt des Ofens angeordneten Rohren eingeschlossenen Katalysator geleitet. Die Rohre werden von außen geheizt, um der endothermen Reaktion die erforderliche Wärme zuzuführen, um die Temperatur der strömenden Reaktionsteilnehmer von etwa 150-538⁰C am Mnlaß auf etwa 704--871⁰O am Auslaß zu erhöhen. Unter diesen Bedingungen wird ein beträchtlicher Anteil des eingesetzten Kohlenwasserstoffes umgewandelt. Wenn eine praktisch vollständige Umwandlung de» Kohlenwasserstoffes erforderlich ist, so wird dtr Abfluß des ereten Ofene oder der ersten Umwandlungszone autotherm (sowohl endotherm als auch exotherm) mit Dampf und Luft in Gegenwart eines Katalysators in einer zweiten Umwandlungszone weiter umgesetzt» ■

Die Erfindung ist nicht auf ihre Anwendung für Öfen für die erste der genannten Umsetzungen von Kohlenwasserstoff mit Dampf beschränkt. Jedoch werden für diesen speziellen Zweck bestimmte Öfen im folgenden zur Veranschaulichung der Erfin-

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dung genauer beschrieben. Kurz gesagt^ bestehendie Öfen wie sie derzeit verwendet werden, aus einem Sockel, einer von feuerfesten Wänden begrenzten Verbrennungskammer, Heizmitteln in der Verbrennungskammer und einer großen Anzahl vertikal in der Verbrennungskammer angeordneter, mit Katalysator beschickter Rohre, deren obere und untere Enden sich durch das Dach bzw. den Boden der Kammer erstrecken. Jedes Rohr hat einen abnehmbaren Verschlußflansch an jedem Ende, der es ermöglicht, von oben Katalysator nachzufüllen und von unten Katalysator abzuziehen· Jedes Rohr wird durch Ansätze, die an sein oberes Ende angeschweißt Bind und auf Kanalteilen, die sich bis über und quer durch das Dach der Verbrennungs· kammer erstreoken, aufsitzen, abgeslitzt. Die Reakt ions teilnehmer werden über Verzweigungeleitungen über dem Dach der Verbrennungskammer zugeführt, und die Produkte werden aus den Rohren in Verzweigungsleitungen unter dem Boden der Verbrennungskammer gesammelt. Da die Rffhre sich bei Tempers,-turänderungen auafehnen bew. zusammenziehen, so müssen, um Spannungen und ein Zerreißen der Rohre zu verhindern, die Verbindungsstellen zwischen den außen angeordneten Verzweigungeleitungen und den Rohren durch biegsame Verbindungsstücke hergestellt sein. Wegen der auftretenden hohen Temperaturen und der oft angewandten hohen Drücke werden die Rohre und · biegsamen Verbindungsteile an dem Auslaß- oder heißen Ende

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aus kostbaren Logierungen hergestellt. Die Auslaßleitung für das Produkt und jedes der biegsamen Verbindungsteile sind in Behältern untergebracht, um Wärme zu konservieren und Bedienungspersonal und angrenzende Bauteile zu schützen.

Der beschriebene öl"en befindet sich in den UdA seit vielen Jahren in technischer Anwendung, hat sich ,jedoch nicht als in jeder Hinsicht zufriedenstellend.erwiesen.. .beispielsweise zerreißen die biegsamen Verbindungsstücke am Auslaß leicht zufolge der großen Beanspruchung und müssen ziemlich häufig ersetzt werden. Die große Anzahl von Durohsetsungssteilen im boden erfordert eiue sorgfältige Abdichtung bzw. bedingt einen starken V.· arme verlust durch Zuströmen von Luft in die Verbrennungskammer. Die Durchsetzungsstellen im Boden können nicht so abgedichtet werden, daß der Zustrom von Luft verhindert und gleichzeitig die Ausdenrimv, eines i:uhres zugelassen v:ird. Lie unteren 'JV)He der „.öhre unter deir Soden der Verbrennungskammer sind iu.\ irksarr und iiinsiciitlieh .der umsetzung im Inneren dieser r.ohre unnütz, und diese T^-ile der Kohre bedingen "-Euaar:.; en mit den biegsar-en ν erbindun^ st ei] ei; und Verzweigungsrchren veitere Y,ärmeverlui;ti. I:i besonders schwerwiegenden Fällen bieger sicü die i'rageleiriente des -Bodens der Verbrer.i.ur.'sktimmer zufolge ner hvrdA- ung ai^roh das in den Verfahren verv/eiiiete .'-.oürsystex auf. Das :iohr-

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system 13t ziemlich komplex und daher kostspielig. Die Verbindungsteile zwischen dem Auslaßende der Rohre und den Verzweigungsleitungen müssen in großen und kostspieligen Gehäusen untergebracht werden. D.h. die derzeit in der Technik für solche Umsetzungen verwendeten Öfen erfordern hohe Erstellungs- und Erhaltungskosten und sind hinsichtlich ihrer Y/ärmewirksamkeit verbesserungsbedürftig.

Der Ofen der vorliegenden Erfindung zum Erhitzen fließfähiger Reaktionsteilnehmer in Gegenwart von Katalysatoren weist eine durch Wändet begrenzte Verbrennungskammer mit einem Dach und einem Boden auf, mehrere*f in dieser Kammer vertikal angeordnete Rohre, deren obere Enden sich durch das Dach erstrecken und die ^eden^ Katalysator, aufzunehmen vermögen und denen an ihren oberen Enden die fließfähigen .Reaktionsteilnehmer zugeführt werden können, und eine mit den unteren Enden jedes der uohre und mit diesen in frei durchströmbarer Verbindung stehende Sammelleitung, die ebenfalls innerhalb der Verbrennungskammer angeordnet ISt₁ und Überführungsvorrichtung en, die mit der Sammelleitung in Verbindung stehen derart, daß die Verbindung frei durchströmt werden kann, um die fließfähigen Produkte aus dem Ofen an die Verwendungsstelle zu überführen.

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Die Erfindung wird im folgenden im ei?-? ein en anhand der Zeichnungen, die verschiedene bevorzugte Ausführungsformen darstellen, beschrieben:

l'igur 1 ist ein Seitenaufriß, teilweise im Schnitt eines Ofens zur Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Dampf, der eine bevorzugte Anordnung eines iiohrsye— Sterns gemäß der Erfindung mit geeigneten Abstützvorrichtungen für die Rohre darstellt.

'.Figur 2 ist ein Querschnitt längs der Linie 2-2 von .Figur 1

Figur 3 ist ein Teil eines Aufrisses im Schnitt eines solchen Ofens mit einer weiteren bevorzugten Anordnung des .Rohrsystem s mit Ab stützvorrichtung en für die Hohre, der die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Umsetzungszone (primäre und sekundäre Reformierungszone) zeigt.

ist ein Teil eines Seitenaufrisses im Schnitt eines Ofens gemäß einer dritten bevorzugten Rohranordnung.

!Figur 5 zeäjt einen Teil einer geeigneten .o'orm der in den oberen Teilen der Uien der Figuren 1 und 2 gezeigten itohrhalterung.

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6 zeigt eine geeignete i'Orm von Ablenkmitteln, die Zusammenhang mit der in Figur 1 gezeigten Sammelleitung verwendet werden können.

Der Ofen der figuren 1 und 2 weist ein Traggerüst mit vertikalen Stützen 11, horizontalen Bodenteilen 12, horizontalen Dachteilen 13, horizontalen Kohrtragteilen 14 und versciiiedenen horizontalen Querteilen 16 auf. Die verschiedenen Trag- und Stützteile sind gewöhnlich genormte Profileisen. Der otrahlungsabscnnitt des Üi'ens ist die durch das Dach 1B, den Bodexjteil 19 und die Seitenteile 21 begrenzte Verbrennungskammer 17. Diese Wände bestehen vorzugsweise aus feuerfesten Ziegeln, die von dem Traggerüst in üblicher Weise abgestützt werden. Im Dach 18 der Verbrennungskammer 17 sind Brenner 22 angeordnet, um deai .Rohrsystem in der Kammer Ymrme zuzuführen. Abgase strömen nach unten und durch Auslässe in die Abgasleitungen 23, durch die diese Gase in indirektem Wärmeaustausch mit nicht dargestellten .iohren in den iS-onvektionsabschnitt 24 geleitet werden. Die Abgase werden schließlich durch einen Kamin 26 an die Atmosphäre abgelassen. Die Abgasleitungen 23 sind wie gezeigt aus feuerfesten Ziegeln gemauert. Diese Teile des Ofens sind üblich und sollen daher hier nicht näher beschrieben wer-· den.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung sind nun in der Verbrennungskammer 17 eine Anzahl Rohre 27 vertikal angeordnet, so daß ihre oberen Enden sich durch das Dach 18 der Verbrennungskammer 17 erstrecken. Die Rohre 27 sind in Reihen angeordnet und der Ofen enthält, wie in Ji¹IgUr 2 dargestellt, sieben derartige .Reihen. Die Abstände zwischen den Rohren 27 und die Anordnung der Brermer 22 sind derart, daß eine praktisch gleichmäßige Erhitzung jedes Rohres ermöglicht wird und lokaler Überhitzungen vermieden werden. Die unteren Enden von jedem der Rohre sind mit Sammelleitungen 28 verbunden, wobei für jede Reihe von Rohren eine solche Sammelleitung vorgesehen ist. Die οamme1leitung en 28 sind innerhalb der Verbrennungskammer 17 angeordnet und derart mit den Rohren verbunden, daß die Produkte unbehindert aus den Rohren in die Sammelleitungen strömen können.

Jedes der Rohre 27 kann Katalysator aufnehmen und ict so ausgebildet, daß die fließfr.hi en aeaktioKsteilneh.mer al-. ihren oberen Enden eingeleitet, werden koniien. Inr.erlialb. jedes Rohres an seinem unteren ^nde sind j-Z.i:cel, wie liio-t dargestellte Gitter öefesti.. χ, die eii-e titalysatorsäule zu tragen vermögen und eine ;Jtrüir,ung riiefcfuni^ei" j. '-oöf-tKie f-us den Rohren 27 in die üammelD oitunireu 2b ohne Verlust an .Katalysator ex:löblichen, ΐ,νΐ·! 'o^;ie h^;iiJ.«,ßmittel zur ir_;le.;. u,nf ni^ei* Reaktion:: bei lneiii^er sina in x^ij'^r 2 ^:e:\-i i't«

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Diese Einlaßmittel bestehen aus einer Einlaßhauptleitung 29, die sioii auf dem Verteil 16 des Traggerüstes abstützt, und biegsamen Verbindung st eilen 31 zwischen der Hauptleitung 29 und den Rohren 27 an deren oberen Enden, die die Strömung der Reaktionsteilnehmer von der Hauptleitung in die iiohre 27 ermöglichen. Pur jede üeihe von Uohren ist eine Einlai3-hauptleitung vorgesehen, d.h. für den in Figur 2 geasigten Ofen sind sieben Hauptleitungen und für ,jedes Rohr ist ein Verbindungsteil vorgesehen. Die Katalysatortragteile und die Einlaßmittel sind üblich und bilden für sich keinen Teil der Erfindung, so daß sie nicht näher beschrieben werden müssen.

Ivlit der im Inneren der Verbrennungskammer angeordneten Sammelleitung 28 sind unbehindert durchströmbare Überführungsmittel verbunden, durch die die fließfähigen Produkte von dem Oxen an die Verwendungsstelle geführt werden können. In dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Oien bestehen die Jberführungsmittel aus vertikalen Liften 32-und einer Überführungsleitung 33, die von den Rohriragteilen 14 des Traggerüstes abgestützt v/erden. Die Überführungaleitung 33 kaun natürlich auch durch andere Teile des oberen Teiles des Traggerüstes abgestützt werden. IHir jede der im Innern der Verbrennungskammer angeordneten Sammelleitungen 28 ist ein Lift 32 vorgesehen, d.h., der in den figuren 1 und 2

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dargestellte Ofen weist insgesamt sieben derartige Lifte auf. Beide Enden jeder der Sammelleitungen 28 sind gegen eine Durchströmung geschlossen und die geschlossenen Enden liegen innerhalb der Verbrennungskammer 27, so daß die in diesen Sammelleitungen 28 gesammelten Produkte durch die in der Mitte der Sammelleitungen angeordneten Lifte 32, deren obere Enden das Dach 18 der .Verbrennungskammer 17 durchsetzen,., nach oben und in die Überfuhrungsleitung 33 geführt werden, durch die sie an "die" Stelle ihrer Verwendung strömen. Bei einer anderen Anordnung kann die Überführungsleitung 33 unter dem Bodenteil 19 der Verbrennungskammer 17 verlaufen, während die vertikalen Verbindungslifte 32 nicht das Dach 18, sondern den Boden 19 durchsetzen»

Alternative Anordnungen der Überführungsmittel sind in den Figuren 3 und 4 gezeigt. Gemäß Figur 3 sind die Rohre 27 wifllerum mit den Sammelleitungen 28, die an ihren linken (nicht dargestellten) Enden gegen eine Durchströmung ver- -"»-. schlossen sind und an ihren rechten Enden frei durchström- ' bar mit einer Verzweigungsleitung 34 In Verbindung stehen, verbunden. Die Verzweigungsleitung 34 liegt vollständig innerhalb der Verbrennungskammer 17» Mit der Verzweigungsleitung 34 ist ein einziger vertikaler Lift 36 frei durchströmbar verbunden. Der Lift 36 erstreckt sieh durch das Dach 18 der Verbrennungskammer 17 und. steht mit der Überfüh-

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rung sleitung 38 in frei durchströmbarer Verbindung, wä.hrend diese Überführung sleitung 38 ihrerseits mit einei* zweiten Umwandlungsζone (Sekundärreformer) 39 frei durchströmbar in Verbindung steht. Die Reaktionsprodukte strömen also aus den Rohren 27 in die Sammelleitungen 28, von dort in die Verzweigungsleitung 34, durch den lift 36, die Überführungsleitung 38 und schließlich in die zweite Umwandlungszob 39·

Die Anordnung von Figur 3 kann, wie in Figur 4 gezeigt, etwas modifiziert werden. In der Anordnung von Figur 4 ist die Verzweigungsleitung 34 nahe dem Dach 18 der Verbrennungskammer 17 angeordnet, und die einzelnen Sa¹MEe!leitungen 28 sind über einseine vertikale Lifte 41 mit der Verzweigungsleitung 34 verbunden.

Die Anordnung der Überführungsmittel kann natürlich variiert werden· Beispielsweise können die Sammelleitungen 28 mit einer zentral zur Länge der Sammelleitungen in der gleichen Ebene wie diese liegende Verzweigungsleitung verbunden sein. In diesem Fall kann zur Verbindung mit einer horizontalen Überführun^sleitung entweder über dem Dach 18 oder unter dem Boden 19 der Verbrennungskammer 17 ein einzelner vertikaler Lift verwendet werden. Die in den figuren 1 una c gezeigte Anordnung ist für üfen von groi3er Kapazität gegenüber der der Figuren 3 und 4 bevorzugt, weil diese Anordnung die

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gleiche axiale thermische iLusdehnung der Sammelleitungen 2 von ihren Mittelpunkten nach außen zulrßt und weil die Verzweigungsieitüng nicht im Inneren der Verbrennung skaniiner angeordnet ist, wodurch der Einfluß thermischer Ausdehnung senkrecht zu den unten angeordneten Sammelleitungen beträcht lich vermindert ist. Durch die in iigur 4 gezeigte Anord-" nung der Überführungsmittel wird der Einfluß einer axialen thermischen Ausdehnung der Verzweigungsleitung 34 auf dxe Sammelleitung 28 und die liohre 27, verglichen mit der in ffigur 3 ge.zeigten Anordnung, herabgesetzt.- Bei Verwendung einer-zentralen, unten angeordneten inneren Verzweigungsleitung müssen in den Abgasleitungen 23 Öffnungen vorgesehen sein, durch die/^erzweigurigsleitung hindurchtreten kann.

Y/ie erwähnt, weist der Oien der Erfindung unabhängig von der speziellen Anordnung der Überführungsmittel im Inneren der Verbrennungskammer unten Sammelleitungen ₌2b auf. Die --direkte Folge davon ist, dab die unteren heißen biegsamen --Verbindungs stücke fortfallen, da sich die liohre des Ofens nicht durch dessen Boden erstrecken, und folglich auch die große Anzahl Dux\ahsetzungs st eilen für diese riohre im Boden, die Bodeu-,verschlußflansche für jedes j-:ohr und die an diesen stellen erforderlichen abnehmbaren Versculußteile und Gehäuse für das Abflußrohrsystem entfallen, die alle in den derzeit verwendeten derartigen neu erforderlich ,sind. dadurch werden sowohl, die Erstellung s- als: auch die - jirhaltungskosten

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des Ofens beträchtlich, verringert. Außerdem wird durch die Anordnung der Sammelleitungen 28 im unteren Teil im Inneren der Verbrennung skamme r die Wirksamkeit des Ofens "beträchtlich verbessert. D.h. dadurch, daß die Anzahl der erforderlichen Bodendurchsetzungsstellen gesenkt wird, werden sowohl der Yerlust an Wärme aus dem Ofen als auch das Eindringen von Luft in den Ofen entsprechend verringert. Durch Herabsetzen der Länge der Rohrleitungen außerhalb der Verbrennungskammer 17, die erforderlich sind, um den Abfluß den Ofens zu der Verwendungsstelle, beispielsweise eine zweite Umwandlungszone oder eine sonstige Verwendung, zu überführen, wird der Verlust von Wärme -von diesem Abfluß herabgesetzt und tatsächlich wird weitere Wärme zugeleitet. Der letzterwähnte Vorteil des Ofens der Erfindung ist der Grund dafür, daß die in den Zeichnungen dargestellten Anordnungen der Überfführungsmittel besonders bevorzugt sind. D.h. in jedem l'Vall wird der Abfluß der Umsetzungszonen stromabwärts von dem katalysator bei der Duronströmung der Lifte 32 der Figuren 1 und 2, der Verzweigungsleitung 34 und d'es Liftes in Jj¹IgUr 3 bzw.der Lifte 41 und der Verzweigung si ei tung 34 in i'^vigur 4 weiter ernibzt. Dieses weitere Erhitzen ist zusammen mit der in den Sammelleitungen 28 erfolgenden Erhitzung von Bedeutung, weil der Grad der Umwandlung, der in einer zweiten Umwandlungszone (Sekundärreformer) erzielt werden

kann, mit der Temperatur der in die zweite Umweke&ungszone

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eingeführten Beschickung zunimmt. Je höher der Umwandlungsgrad in der zraLten Umwandlungszone ist, desto geringer ist der erforderliche Umwandlungsgrad in der ersten Umwandlungszone (Primärreformierungsofen) und desto größer ist der Druck, unter dem die gesamte Umsetzung oder Reformierung durchgeführt werden kann■,

Um lokale Überhitzungen und Reißen der Sammelleitungen und Verzwigungsleitungen innerhalb der Verbrennungskammer 17 zu verhindern, sind Abschirmmittel vorgesehen, die verhindern, daß dieses Rohrleitungssystem direkter Strahlungswärme ausgesetzt wird. Auch für die Lifte innerhalb der Verbrennungskammer 17 können gewünschtenfalls Abschirmmittel vorgesehen werden. Vorzugsweise bestehen solche Abschirmmittel aus einer geeigneten äußeren Isolierung, die wenigstens die Seiten der Sammelleitungen und Verzweigungsleitung en, die den Flammen ausgesetzt sind, und wenigstens den oberen Teil der Idi'te neben den Flammen abdecken. Gewöhnlich wird dieses rohrleitungssystem vollständig isoliert. An den liohren 27 können nahe ihren unteren Enden Abschirmplatten befestigt werden, die eine horizontale-Abdeckung für die Sammelleitungen 28 bilden und an die Stelle einer •Isolierung dieser Sammelleitungen treten. Alle derartigen Abschirmmittel sind üblich und sind daher nicht dargestellt: und müssen nicht näher beschrieben werden. Die Verwendung

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von Abschirmmittel·!! vermindert zwar das Ausmaß einer weiteren Erhitzung der iieaktionsmasse. !Erotzdem erfolgt aber ein beträchtliches und günstiges weiteres Aufheizen.

Das Problem lolaler Überhitzungen der innen angeordneten Sammelleitung ei; 28 tritt besonders an deren gegen eine Durchströmung geschlossenen Enden auf. An diesen geschlossenen Enden ist die Strömungsgeschwindigkeit der Produkte verhältnismäßig gering, verglichen mit einem Punkt in der Sam~ melleitung in der ErJie der Verbindung mit einem Lift oder einer Verzweigungsleitung. Wegen der geringen Strömungsgeschwindigkeiten ist auch die G-e schwindle it der Entfernung von Y/ärme durch den xteaktionsfluß von der geheizten Y!and der Sammelleitung entsprechend niedrig. Um die Strömungsgeschwindigkeit der irodukte an den-geschlossenen Enden der Hauptleitung längs deren der direkten Wärmestrahlung ausgesetzt en Innenfläche zu erhöhen und damit lokale Überhitzungen an diesen Stellen zu verhindern, lönnen innerhalb und neben den geschlossenen Enden der Sammelleitungen Ablenkmittel vorgesehen werden.. Eine geeignete i'orm solcher Ablenkmittel ist in Jfigur 6 gezeigt. Ein Kohrteil 46 mit einem offenen Ende an dem geschlossenen Ende der Sammelleitung und -einen; geschlossenen Ende 47 in einiger Entfernung von dem geschlossenen Ende der Sammelleitung 28 ist innerhalb und neben dem geschlossenen Ende der Sammelleitung 2ö ange-

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ordnet. Der Röhrteil'46 ist mit den beiden dem geschlossenen Ende der Sammelleitung 28 am nächsten liegenden Rohren durch an diese beiden Rohre und die mit diesen in Flucht liegenden Öffnungen im Rohr 46 angeschweißten Hipp el 4-8 verbunden. Die Produkte werden dadurch aus den beiden Rohren am geschlossenen Ende der Sammelleitung 28 in das Rohr 4-6 gelenkt und treten vom offenen Ende des Rohres 46 in diese Sammelleitung 28 ein. Dann strömen sie. in der umgekehrten Richtung mit erhöhter Geschwindigkeit durch den ringförmigen Raum, der durch die Innenwand der Sammelleitung 28 und die Außenwand des Rohres 46 begrenzt wird. Ob derartige Ablenkmittel zweckmäßig an den zwei, drei, vier oder mehr Rohren, die dem geschlossenen Ende der Sammelleitung 28 am nächsten liegen j verwendet warden, hängt von der Größe des betreffenden Ofens ab und kann leicht für einen bestimmten Fall ermittelt werden..

Die Verbindungen zwischen einzelnen Elementen des Rohrsystems innerhalb der Verbrennungskammer 1? können aus irgendwelchen Mitteln bestehen, die ein Ausströmen der Reaktionsteilnehmer und .:eaktionsprodukte in den Verbrennungsraum zu verhindern vermögen. Vorzugsweise sind die Verbindungen dauerhaft durch Schweißen hergestellt. Zum Tragen oder Abstützen des Rohrsystems innerhalb der Verbrennungskammer 17 und zur Aufnahme-von Spannungen, die sich aus thermisch bedingten

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Expansionen und Kontraktionen ergeben, können verschiedene Anordnungen verwendet werden. Wie in den Pigtiren 1 und 3 gezeigt, sind an dem i'raggerüst und an den oberen und en jedes der Rohre 27 federnde Mittel 51 befestigt. Eine geeignete J?orm federnder Mittel ist in ilgui^v 5 im einzelnen gezeigt. In dieser tfigur ist das obere Ende eines Rohres 27 geneigt. An dein o'heren Endflansch des" Rohres ist ein entfernbarer Verschlußflansch 52 mittels Bolzen befestigt. Das untere, in einen Haken auslaufende Ende einer li'eder 53 greift in eine an den Jrlansch 52 angesoav'eißte Use ein. Das obere in einen Haken auslaufende Enae der ü'eder 53 greift in einen Augbolzen 5 5 ein, der in einen Spanner 54 eingeschraubt ist. in das obere Ende dieses Spanners ist die Stange 61 eingeschraubt. Das obere Ende der Stange 61 ist mit einen Gewinde versehen, auf das eine Mutter 56 geschraubt ist, die auχ einer Beilagscheibe 57 aufsitzt. Die beilagscheibe 57 'wiederum sitzt auf Kanaleisen 58, die Teile der .aohrt rag teile 14 des Stützgeriistes sind, auf. Die Spannung der i'eder 53 kann mittels des Spanners 54 eingestellt werden. Jedes der Rohre 27 kann von einer eigenen -^eder getragen werden, oder Paare von in einer ileihe benachbarten Rohren können in iandem-Anordnung von einer gemeinsamen Jj'eder getragen werden, wie in figur 3 gezeigt. .Bei der Tandem-Anordnung umgibt ein Joch 5 9 swei benachbarte Rohre an dom engen Auslauf der im Gesenk geschmiodäten Enden der Rohre,

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und die li'eder ist an dem Jooh befestigt. Die Tandemanordnung iot besonders bevorzugt, da sie es ermöglicht, die Versohlußflansche an den oberen Enden der xiohre abzunehmen, um Katalysator einzufüllen oder zu entnehmen, ohne daß die federnden Mittel 51 auseinander genommen werden müssen. D.h. diese Verschlußflansche können zu gegebener Zeit von jedem der jLiohre entfernt werden, ohne daß das übrige Rohrsystem und die übrigen !'rag- und nt^tztelle zusätzlich belastet werden müssen./ ' . . ~ ■ . ~ ■

Die federnden Mittel 51 weisen federn oder äquivalente flexible luittel, die die auftretenden Belastungen aufzunehmen vermögen, auf. Vorzugsweise werden I'edern verwendet. In der Zeichnung sind Zugfedern gezeigt« Es können jedoch anstelle dieser mit nur geringen Modifikationen der gezeigten Anordnungen auch Druckfedern verwendet werden»: Zugfedern haben gewisse Torteile,, weil sie weniger kostspielig sind als Druckfedern und in Ausnahmefällen, wenn eine ungewöhnlich starke thermische imsdehnung erfolgt, mehr Sicherheit bieten. 7»enn solche Ji'älle auftreten«, erreicht eine Druckfeder die G-renze ihrer Zusammendrückbarkeit, während eine Zugfeder sich weiter reckt und abwickelt. Eine Beschädigung erfolgt daher zunächst in der Feder und nicht in dem Ilohr oder Träger.

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Die Überführungsmittel sind in jedem Fall in der Trägerstruktur verankert. In der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ruht die Überführungsleitung 33 auf dem Rohrstützteil 14, das die vertikale Bewegung der Lifte 32 begrenzt. In der in den figuren 3 und .4 gezeigten Anordnung der Überfülirungsmittel ist der lift 36 in jedem Fall, wie gezeigt, gegen eine vertikale Bewegung neben der Verbindung mit der Überführungsleitung 38 verankert. Die federnden Mittel 51 lassen die Bewegung der liohre 27, die durdh. die Ausdehnung und Zusammenziehung der Mfte in jeden; Fall erforderlich wird, zu. Die Sammelleitungen 28 sind in ausreichendem Abstand über dem Boden 19 der Verbrennungskammer 17 angeordnet, um eine vertikale Bewegung jeder .Reihe von Rohren 27 und der zugehörigen Sammelleitung 28 als eine Einheit zuzulassen. Um die horizontale Verschiebung zu begrenzen, sind geeignete und dem Fachmann bekannte, nicht gezeigte Führungen und Arretierungen angeordnet. Beispielsweise ist in der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Anoi"dnung jede Heine von iiohren 27 und die dazugehörige Sammelleitung 28 mit J-'uhrun^siHitteln versehen, die die horizontale Verschiebung am Boden und in der kitte der Samme!leitung 28 an der Verbindungsstelle mit dem Lift 32 begrenzen. Geeignete Führungsmittel sind vertikal angeordnete Führungsstangen, die an die Unterseite der Sammelleitung 28 angeschweißt sind und sich in eine mit ihnen in Flucht liegende Hülse, die am Boden 19 der Verbrennungskammer 17 befestigt

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ist, erstrecken. Dabei wird ein ausreichender Spielraum vorgegeben, so daß die Jj'uhrungsstange sich bei vertikaler Bewegung der Äohre und der SainiriLleitung innerhalb der Hülse vertikal bewegt. Entsprechende Fährungsrnitte! werden bei den in den Figuren 3 und 4 gezeigten Anordnungen verwendet. In.diesen Fällen sind die Führungsmittel jedoch an den . rechten Enden der Sammelleitungen 28 angeordnet, um an dieser Stelle eine horizontale Verschiebung zu begrenzen.

Für den Betrieb wird der katalysator am oberen Ende jedes iiohres in dieses eingefüllt, und der entfernbare Verschlußflansch 52 wird, mittels -Bolzen befestigt. Verdanipf ter iiohlenwasserstoff und Dampf werden vorgeheizt, was gewohnlich in Rohren im Konvektionsabschnitt des üiens erfolgt, und unter Druck parallel über die.Verzweipungsleitung 29 und die biegsamen Verbindungsstücke 31 den iiohren 2? zugeführt. Jedei·! der itohre 27 wird "präKtisch die gleicixe Menge an Beschickung zugeführt. Die Keaktionsteilnehmer strömen durch den katalysator abwärts und nehmen Värme auf, die durch, die Wände des iiohres übertragen v-ird und die zur ün ter halt ung . ο er endothermen Umsetzung und zur Auf heizung der iieaktiensteilnehmer dient. Die Produkte strüraen unter jjruck in die Sammelleitungen 28

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und von dort durch Überführungsmittel an die Verwendungsstelle, während sie in den Sammelleitungen 2.8 und den innerhalb der Verbrennungskammer 17 liegenden Teilen der Überführung smitt el v/eitere v/ärme .aufnehmen«

V/enn der Ofen als erste Umwandlung sz one für die Umsetzung von Kohlenwasserstoff mit Dampf zweck Herstellung von Wasserstoff dient und die gebildeten Produkte in einer zweiten Umwandlungsζone weiter umgesetzt werden, wird vorzugsweise ?;wiscuen beiden Zonen eine gerade Rohrverbindung,, wie .die in Jj¹IgUr 3 gezeigte u'berführungsleitung 5b, verwendet. Vorzugsweise ist die Überführungsleitung,- \\^rie- für die Über-., führung si eitung 33 in den i'iguren 1 und 2 gezeigt,, innen isoliert, da dadurch Expansionsprobleme weitgehend ausgeschaltet werden.

Der !-.analysator kann gewünscht en falls von oben aus den Rohren 27 entfernt werden, beispielsweise indem man an das zu entleerende it ohr ein Vakuum anlegt und/oder Druckluft oder Wasser in den Boden des iiohres einleitet, um den Katalysator horau α zupre s s en.

Die -ünfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels, für das ein üx'en, wie er in den'Jj'iguren 1 und 2 dargestellt ist, verwendet wurde, erläutert. Es wurden 336 Rohre verwendet,

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von denen jedes einen Außena%chmesser von 3 1/2 2oll und - ·' eine Länge von 8,85 m hatte. Die ^ohre" waren in sie "ben" ' '^: Reihen angeordnet Lind entsprechend mit "öleben- Saiapielieituhgen verbunden, die Rohre von 4 1/2 Zoll Außend^rchmesser-und '■ 12,5 m Länge waren. Sieben Iiiite," für jede \fteihe von bohren und ihre Sammelleitung einer, von denen jeder ein itohx* von 8,875 cm Länge und 4 1/2 Zoll Außendijuchmesser "war, waren vorgesehen. JJer Strahlungsabsehnitt oder die Verbrennungskammer war 13,1 m breit und 9,00 m hoch. Die Kohre wurden in Tandemanordnung getragen, v/ozu 1 68 federn eriorderlich waren. An jedem Ende jeder Sammelleitung warenAbIenkmittel vorgesehen, die aus 14 -tiohrteilen von 2 1/2 Zoll J>:ominaldurchmesser und 1,22 m Länge bestanden. Alle Verbindungen des Rohrleitungssysteras waren geschweißt.

Von der G-esamtlän-je von 8,85 m jedes Rohres wurden 8,55 m innerhalb der Verbrennung stammer geheizt, v/ähi'end bei den oben beschriebenen bekannten Vorrichtungen von einem iiohr von 8,85 m Länge nur 7,78 m geheizt werden. In dem beschriebenen iall kann also der Teil der Länge jedes Rohres, der ungeheizt bleibt, von 107 cii auf 30,5 cm herabgesetzt werden, was den durch die vorliegende Erfindung erbrachten technischen Fortsehritt deutlich veranschaulicht. Außerdem ist bei der Überführung der Reaktionsprodukte in eine zweite

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Umwandlungszone "bei der Vorrichtung der Erfindung ein lemperaturabfall von etwa 6⁰G gegenüber 75°C bei der bekannten Vorrichtung zu erwarten. Außerdem liegt auf der Hand, daß die Komplexizität und die Kosten eines Ofens gemäß der Erfindung beträchtlich geringer sind als die der bekannten Öfen. , ,

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Claims

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P a te nt ans ρ r up he

1. Ofen zum Erhitzen fließfähiger XLeaktionsteilnehmer in •Gegenwart von Katalysatoren mit einer durch Wände'begrenzten Verbrennungskammer, die ein Dach und einen Boden aufweist, einer Anzahl vertikalin der. Verhreiirmngskanmier angeord- -.'.'"" neter Hohre, deren obere finden sic.ii durch das Dach erstrecken und von denen jedes Katalysator aufzunehmen vermag und en seinem oberen Ende mit fließfähigen !!.eaktionsteilnehKern beschickt werden kann, und mit dem unteren Bude jedes der Jiohre und mit diesen frei durchs trombai'- verbünd en en .S&mmel- ' leitung en j dadurch gekennzeichnet, daß die öariael leitung (28) innerhalb der Verb^rennunffskaiciner an^eorcliiet iat und Üb/er-^ führungsmit-tel (32,33) mit ö.er-üanmie!leitung (2b) frei durchstrumbar verbunden si-nd, um fließfähige I-rodukto aus de₅m Ofen" an die ¥erv/eridurigsstelle. zu tiberiührer.,

2« Ü-i-en naph |LnspruQh 11, d-ujänyati-'-gekeririzeichnat,. daß die Überführungsmittel .('32,3iV praktisci¹ unverrüokbar auf einer Irägeystruktur (14) fUr den^O^en an einer.stelle außerhalb de,r Verbrgrinuiigsicainmpr aufliegen und die vertikal ar^eqrdnetesn iiohrp (2^₁] el φ über, federnde -. *·- ittsl {5Λ) aux agr^:

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Tragstruktur (I4) abstützen, um relative thermische Ausdehnungen und Kontraktionen von Überführungsmitteln und rohren aufzufangen.

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Mittel (51) Druckfedern aufweisen.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Paare benachbart ei' Kohre der vertikal angeordneten liohre (27) mittels jeweils einer i''eder in. Tandemanordnung getragen werden.

5. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikal angeordneten Rohre durch Zugfedern (53) getragen werden.

6. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitung (28) praktisch horizontal über dem ]3oö'en(i9) der Verbrennungskammer angeordnet und an wenigstens einem Ende geschlossen ist.

7. Ofen nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Ablenkmittel (46) innerhalb der Sammelleitungen (28) an deren geschlosse nen Enden, die so angeordnet sind, daß äle die Strömungsgeschwindigkeit der Produkte längs der direkter Wärme- ·- "

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strahlung ausgesetzten Innenflächen der Sammelleitung erhöhen " ■ ■

8, Ofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkmittel aus einem Ilohrstück (46) mit einem offenen Ende nahe"dem geschlossenen Ende der Sammelleitung und einem geschlossenen Ende (47) in einem Abstand von dem geschlossenen Ende der Sammelleitung und Mitteln (48), durch die wenigstens die beiden Rohre (27), die dem geschlossenen Ende der Sammelleitung am nächsteh sind, mit diesem Rohrteil derart verbunden sind, daß die trodukte von wenigstens zwei Rohren aus dem offenen Ende jedes Rohrabschnittes in die Sammelleitung eintraten, bestehen.

9. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ITb erführung smitt el (27,33) vertikale Lifte (27) sind, die mit der Sammelleitung (28) verbunden sind und sich durch das Dach (18) erstrecken. .

tO. Ofen nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikal gelagerten Rohre (27) in Reihen angeordnet sind, derat, daß für jede Reihe von Rohren eine Sammelleitung (28) vorgesehen ist, und daß innerhalb der Verbrennungskammer mit einem offenen Ende jeder der Sam-

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melleitungen und mit dieser frei durchströmbar verbundene Verzweigungsleitungen (34) vorgesehen aind, wobei si^ch die Überführungsmittel (38) über das Dachteil (13) erstrekken und vertikale Lifte (36) aufweisen, deren unteres Ende frei durchströmbar mit der Sammelleitung verbunden ist und deren oberes Ende in dem Stützteil (13) der Tragstruktur ±K verankert ist.

11. Ofen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungsleitung (34) neben dem Dach (18) angeordnet ist, wobei innerhalb der Verbrennungskammer für jede Sammelleitung (28) ein Lift (41) vorgesehen ist, der mit dieser Sammelleitung (28) und der Verzweigungsleitung ('54) in Verbindung steht.

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