DE1542530B2 - Rohrenspaltofen - Google Patents
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Description
40
Die Erfindung betrifft einen Röhrenspaltofen zur indirekten Erhitzung von spaltbaren Medien, insbesondere
für die Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Gewinnung von Synthesegas, Stadtgas und Wasserstoff
mit einer Mehrzahl von vertikalen Reaktionsrohren. Vornehmlich richtet sie sich auf solche
Öfen, in denen die Spaltung bei hohen Drücken und hohen Temperaturen durchgeführt wird.
Es sind eine Vielzahl von Röhrenspaltofen bekannt, bei denen die Reaktionsrohre im Feuerraum
in Form von Registern oder Bündeln angeordnet sind. Die Rohre selbst können dabei zur Steuerung
der chemischen Reaktion Füllkörper oder Katalysatoren enthalten. Bei der Benutzung von einfachen
Rohren werden diese im Feuerraum vertikal angeordnet, um einen leichteren Austausch der Rohrfüllung
zu ermöglichen. Die Rohre können dabei sowohl an ihren oberen als auch an ihren unteren Enden
gelagert sein. Es ist aber auch bekannt, die Rohre entweder nur an ihrem oberen Ende aufzuhängen,
oder nur an ihrem unteren Ende zu lagern und im übrigen frei in den Feuerraum hineinragen zu
lassen. Beide Anordnungen ermöglichen es beispielsweise, die temperaturbedingten Wärmespannungen
zu vermeiden. Das Reaktionsmedium wird den Reaktionsrohren über ein Verteilersystem zugeführt und
an ihrem Ende über ein Sammelsystem wieder abgezogen.
Nach der deutschen Auslegeschrift 1148 530 ist ein Röhrenofen bekannt, bei dem die Gegenstromrohre
nur an ihren unteren Enden gelagert sind. Da dieser Röhrenofen drucklos betrieben wird, sind die
Rohre nur der Temperaturbelastung ausgesetzt. Der deutschen Auslegeschrift ist nicht zu entnehmen, wie
die heißgehenden Rohrenden mit der Sammeleinrichtung verbunden werden sollen.
Innenisolierte Rohrleitungen nach der USA.-Patentschrift 3 189 371 erweisen sich für Temperaturen
über 500° C als nicht geeignet. Dort besteht die Aufgabe darin, aggressive, unter Druck stehende
Flüssigkeiten von der drucktragenden Wand fernzuhalten und eine geeignete Rohrverbindung zu schaffen.
Weiterhin ist eine Ausführungsform bekannt, die im Prinzip der F i g. 1 entspricht. Das Verteilersystem
111 wird mittels dünner Rohre 222 mit den Reaktionsrohren 333 verbunden. Über die Rohrschlangen
444 gelangt das Reaktionsprodukt in die Sammelleitung 555, die in einer oder mehreren ausgemauerten
Kammern 666 angeordnet und durch eine äußere Isolierung gegen Wärmeverlust geschützt
ist. Die Reaktionsrohre werden, da die Arbeitstemperatur bis zu 1000° C betragen kann und die Reaktion
unter einem Druck von 20 bis 40 atü durchgeführt wird, sehr hoch beansprucht. Das gilt jedoch in
gleichem Maße auch für das Sammelsystem. Aus diesem Grunde war man bisher gezwungen, sowohl die
Reaktionsrohre über ihre ganze Länge als auch die Rohrschlangen zwischen den Rohren und der Sammelleitung
und die Sammelleitung selbst aus hochlegiertem Stahl herzustellen.
Dabei muß die Wärmedehnung der Sammelleitung und der Verbindungsrohre ausreichend berücksichtigt
werden. Insbesondere bereiten die Sammelleitungen bei der Herstellung und Montage sowie bei Reparaturen
Schwierigkeiten. Ferner sind die dazu verwendeten Stähle wegen ihres austenitischen Gefüges
empfindlich gegen schnellen Temperaturwechsel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatz hochnickellegierter Stähle zu mindern, Wärmedehnungen
weniger wirksam werden zu lassen und Druckverluste ebenfalls zu mindern.
Es wurde nun gefunden, daß die mit den bekannten Ausführungsformen verbundenen Nachteile vermieden
werden können, wenn die Sammelleitungen die Reaktionsrohre tragen, die Sammelleitungen unterhalb
des Ofenbodens liegen, die Sammelleitungen eine Innenisolation aufweisen und die Reaktionsrohre am unteren Ende mit einer Innenisolation versehen
sind, die von der Anschlußstelle der Sammelleitungen bis etwa zur Oberkante des Ofenbodens
reicht.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Sammelleitungen mit den Reaktionsrohren
über Distanzstücke lösbar verbunden und die Isolierung im unteren Teil der Reaktionsrohre kann
zur Auswechslung des in den Reaktionsrohren enthaltenen Katalysators oder der Füllkörper nach Entfernung
der Distanzstücke herausgezogen werden.
Um eine lange Lebensdauer der Isolierung zu gewährleisten, wird zweckmäßigerweise im unteren
Ende der Reaktionsrohre innerhalb der Isolation jeweils ein Rohr zur Durchleitung des Reaktionsgases
vorgesehen.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Reaktionsrohre am
unteren Niveau der Isolation einen Entleerungsstutzen
zum Austrag der Isolation und einer Katalysatorfüllung aufweisen.
Überraschenderweise zeigt sich, daß auf eine Außenisolierung der Verlängerung der Reaktionsrohre unterhalb des Ofenbodens verzichtet werden
kann und eine Innenisolierung dieser Rohre, bei Beibehaltung ihres Außendurchmessers, ausreichend ist,
um die Wandtemperatur beträchtlich abzubauen. Eine Beibehaltung des Außendurchmessers des unterhalb
des Ofenbodens befindlichen Reaktionsrohrteiles zeigt sich als besonders vorteilhaft, da dadurch
ein schadhaftes Reaktionsrohr nach oben durch den Ofenboden gezogen werden kann.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist gegenüber bekannten Systemen eine Vielzahl von Vorzügen auf.
Durch den Wegfall der dünnen Rohrschlangen, der sogenannten Pigtails, wird der Wegfall des Gases von
den Spaltrohren zu den Sammlern so kurz wie möglich gehalten. Damit verringert sich der Druckabfall
im unteren Teil des Systems und damit der notwendige Energieaufwand für die Druckhaltung des Gases
am Austritt des Röhrenofens.
Der reduzierte Umfang und die reduzierte Länge der heißgehenden Verbindungsteile zwischen gegebenenfalls
katalysatorgefülltem Reaktionsrohrteil und Sammelrohr vermindern sowohl die Wärmeableitungsfläche
als auch die Störanfälligkeit der gesamten Vorrichtung. Die Absenkung der Temperatur im
Verbindungsbereich der Reaktionsrohre und Sammelleitungen ermöglicht die Verwendung von
C-Stählen, das einfachere Beherrschen der auftretenden Wärmedehnungen, den Einbau von Distanzstükken,
insgesamt bei Gewährleistung von verbesserter Dichtheit des Systems an dieser Stelle.
Einzelheiten des Röhrenofens nach der Erfindung werden nachfolgend an Hand der F i g. 2 bis 4 dargestellt.
Dabei zeigt die F i g. 2 das Prinzip der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Sammelleitungen 1, welche
die Ausmauerung 2 enthalten, haben Anschlußstutzen 3. An diese werden die Reaktionsrohre 4, die
durch den Ofenboden 5 hindurchtreten, angeflanscht.
F i g. 3 zeigt Einzelheiten des unteren Teiles der Reaktionsrohre und der Verbindung mit dem Sammelsystem.
Die Sammelleitung 11 enthält eine innere Isolation 12. An ihr sind die Stutzen 13 mit den
Flanschen 14 befestigt. Das Isolierstück 15 ist im Inneren des Stutzens angeordnet und paßt sich in die
Isolation 12 der Sammelleitung ein. Den Flansch 14 verbindet das Distanzstück 16 mit der Innenisolation
17 mit dem Anschlußflansch 18 des Reaktionsrohres
ίο 19. Dieses Reaktionsrohr enthält die Isolierformstücke
20, welche etwa bis zur Oberkante des Ofenbodens 21 hinaufreichen. Auf dem oberen Isolationsformstück
sitzt der Katalysatorträger 22 auf. Dieser ist gelocht und verhindert den Durchtritt des Katalysators
in das Innere der Gasführung. Die Entleerung der Katalysatorfüllung erfolgt dadurch, daß die Distanzstücke
16 entfernt und die Halterung 23 der Isolierformstücke 20 gelöst wird. Diese Formstücke
werden dann nach unten herausgezogen, so daß der
ao freie Austritt des Katalysators ermöglicht wird.
Eine andere Ausbildungsform wird in F i g. 4 beschrieben. Die isolierte Sammelleitung 11 ist über die
ebenfalls isolierten Stutzen 13 mit den unteren Rohrenden 24 fest verbunden. In den Aussparungen 25
der Isolation des Anschlußstutzens werden Rohre 26 eingesetzt, welche in den unteren Teil des Reaktionsrohres 24 hineinragen. Das obere Ende des Rohres
26 weist eine Anzahl von Bohrungen auf, durch die das Reaktionsgas ins Rohrinnere tritt. Der ringförmige
Zwischenraum zwischen dem Rohr 24 und dem Rohr 26 wird etwa bis zur Oberkante des Ofenbodens
mit Isolierstoff 27 gefüllt, bevor die Katalysatorfüllung in das Reaktionsrohr eingebracht wird.
Am unteren Ende des Rohres 24 befindet sich ein Entleerungsstutzen 28, welcher durch den Deckel 29
verschlossen wird. Zum Entleeren des Katalysators wird der Deckel 29 geöffnet und zunächst die Isolierung
entfernt. Hierauf kann der Katalysator frei aus dem Reaktionsrohr austreten. Eine solche Ausführungsform
hat den Vorteil, daß nur an den Deckeln 29 also an keiner krafttragenden Verbindungsstelle
eine Undichtigkeit auftreten kann, wodurch die Sicherheit des Betriebes erhöht wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Röhrenspaltofen zur indirekten Erhitzung
von spaltbaren Medien, insbesondere für die Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Gewinnung
von Synthesegas, Stadtgas und Wasserstoff mit einer Mehrzahl von vertikalen Reaktionsrohren
und Sammelleitungen, wobei die Reaktionsrohre an ihrem unteren Ende mit den Sammellei-
tungen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Sammelleitungen die Reaktionsrohre tragen, die Sammelleitungen unterhalb
des Ofenbodens liegen, die Sammelleitungen eine Innenisolation aufweisen und die Reaktionsrohre
am unteren Ende mit einer Innenisolation versehen sind, die von der Anschlußstelle der Sammelleitungen
bis etwa zur Oberkante des Ofenbodens reicht.
2. Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelleitungen mit den
Reaktionsrohren über Distanzstücke lösbar verbunden sind und die Isolierung im unteren Teil
der Reaktionsrohre nach Entfernung der Distanzstücke herausgezogen werden kann.
3. Röhrenofen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich im unteren Teil
der Reaktionsrohre innerhalb der Isolation jeweils ein Rohr zur Durchleitung des Reaktionsgases befindet.
4. Röhrenofen nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsrohre
am unteren Niveau der Isolation einen •Entleerungsstutzen zum Austrag der Isolation und einer
Katalysatorfüllung aufweisen.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EGA | New person/name/address of the applicant |