DE1767980B - Rohrofen - Google Patents

Description

e. Die Rohre gleiten in der Ofendecke und treten iabei durch Abdichtungskästen. Die Hilfssammelrohre sind an den Anschlußstellen wit; die Anschlüsse äurch einen temperaturbeständigen und isolierenden Überzug geschützt. Desgleichen sind die Sammelrohre und Überführungsrohre vorzugsweise mit inneren, temperaturbeständigen Überzügen und äußeren, isolierenden Überzügen versehen, die die von den Dehnungen verursachten Belastungen verringern, ohne Wärmeverluste zu erzeugen, die den Wirkungsgrad der Anlage nachteilig beeinflussen.

An den rückstrahlenden Abgaskanälen der Sohle werden die Strahlwände von nebeneinandersetzbaren Elementen getragen, die zwischen sich Durchlässe regelbaren Querschnitts aufweisen. Die Ofensohle besitzt auch an den seitlichen Ofenwänden Strahlwände. Dabei ist für jede Ofenwand eine 3trahlwand ausreichend.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Ofens mit einem einfachen Sammelrohr,

F i g. 2 in gleicher Weise einen Ofen mit doppeltem Sammelrohr,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Abschnitt des Ofens nach F i g. 2,

Fig. 4 schematisch einen Wärmeschutz der Hilfssammelrohre,

F i g. 5 und 6 Teilansichten des Anschlusses der Rohre an ein Hilfssammelrohr im Schnitt bzw. in Draufsicht,

Fig.7 schematisch die Befestigung der Rohraufhängung,

Fig. 8 und 9 schematisch im Profil bzw. in der Draufsicht einen mit einem zweiten Ofen verbundenen Ofen mit einem einfachen Sammelrohr,

Fig. 10 und 11 in gleicher Weise einen Ofen mit doppeltem Sammelrohr.

In dem dargestellten Ofen wird in Anwesenheit eines Katalysators ein Gemisch aus Wasserstoff und Kohlenoxyd aus einem Gemisch von Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen mit niedrigem Molekulargewicht hergestellt. Dabei läuft die Reaktion zwischen dem Wasserdampf und dem Kohlenwasserstoff mit dem niedrigsten Molekulargewicht wie folgt ab:

CH₄+ H₂O iCO + 3H₂.

Praktisch ist die Reaktion nicht vollständig, so daß sich in dem aus dem Ofen austretenden Gas auch Methan befindet.

Da die Reaktion endotherm ist, muß Wärme durch die Wände der Rohre, durch die das Gas-Dampf-Gemisch strömt, zugeführt werden, damit die Reaktion in Gegenwart des Katalysators bei einer annähernd zwischen 600 und 800° C liegenden Temperatur erfolgen kann.

Der Ofen besteht aus einem durch Profileisen 2 versteiften Blechmantel 1, der innen durch einen isolierenden Überzug 3 und eine innere, temperaturbeständige Schicht 4 geschützt ist. In der Ofenkammer sind Rohre 5 in lotrechten Schichten angeordnet. Die Rohre 5 verlaufen parallel zueinander. Die Ofendecke 6 weist zwischen den verschiedenen Rohrschichten und beiderseits der Rohrendschichten Brennerreihen 7 auf, wobei die Rohre 5 in entsprechenden Öffnungen frei durch die Ofendecke und durch eine im folgenden beschriebene Dichtung treten.

Die Ofensohle ist über ihre ganze Länge mit öffnungen 8 versehen, die in einen Abgaskanal 9 münden, der an einen Rohrkessel 10 zur Rückgewinnung der Abgaswärme oder an andere Wärmeaustauscher, beispielsweise an einen Vorwärmer für die den Brennern zugeführte Verbrennungsluft, angeschlossen ist. Auf der Ofensohle 11 ruhen Hilfssammelrohre 12, an die die Rohre S nach Schichten dicht angeschlossen sind. Für jede Rohrschicht sind ein oder zwei Hilfssammelrohre 12 vorgesehen.

Jedes Rohr S besitzt am oberen Ende über der Decke 6 einen ausbaubaren Flansch 13 als Anschluß an einen einen Dehnungsverbinder bildenden Stutzen 14, der aus einem biegsamen Rohr oder einer Lyra besteht. Der Stutzen 14 ist seinerseits an ein Verteilungsrohr 15 angeschlossen. Alle Verteilungsrohre 15 sind an eine Leitung 16 für das Gemisch aus Wasserdampf und Kohlenwasserstoffen angeschlossen.

Außerhalb des Ofens wird jedes Rohrpaar in jeder Schicht am oberen Ende von einer schwenkbaren Traverse 17 getragen, an der in der Mitte ein elastisches Aufhängesystem befestigt ist, beispielsweise eine Feder 18, die ihrerseits an einer oberen Traverse 19 des zu dem Ofen gehörenden Gerüstes befestigt ist. Jedes Hilfssammelrohr 12 ist mit einem Hauptsammeirohr 20 verbunden, das in der Mitte eine Steigleitung 21 zum unmittelbaren Anschluß an einen Verbraucher oder auch an einen zweiten Ofen 22 (F i g. 8 und 9) trägt.

Wie insbesondere aus Fig.4 hervorgeht, können die Rohre 5 ein und derselben Schicht in der gleichen Ebene liegen. Jede Rohrschicht kann aber auch zwei Reihen 5 α oder 5 b aufweisen. Die Rohre sind dann einander gegenüber oder gegeneinander versetzt angeordnet, wie in F i g. 6 dargestellt. Wie aus F i g. 3 bis 5 hervorgeht, kann jedes Hilfssammelrohr 12 gegen die unmittelbare Strahlung der Flammen durch eine temperaturbeständige Schicht 23, beispielsweise aus isolierendem, temperaturbeständigem Zement geschützt werden.

Die Rohre 5 ein und derselben Schicht treten frei durch die Ofendecke 6 und einen mit Asbestfasern 24 gefüllten Kasten, der eine Dichtung bildet und den Rohren 5 selbst bei einer unvorhergesehenen Verformung erlaubt, sich zu dehnen und zusammenzuziehen.

Wie aus F i g. 3 hervorgeht, kann der Ofen in der Längsrichtung Rohrschichten aufweisen, die sämtlich in parallelen Ebenen angeordnet sind. F i g. 3 zeigt eine Endschicht und einen laufenden Schichtabschnitt. Die Zahl dieser Schichten ist eine Funktion der gewünschten Leistung und kann beliebig groß gewählt werden. Die Rohre 5 bestehen vorzugsweise aus rostfreiem Chrom-Nickel-Stahl, um gleichzeitig den erforderlichen Temperaturen und Drücken standzuhalten. Der Durchmesser der Rohre 5 wird durch diese beiden Kriterien bestimmt.

Zugleich ist der Innendurchmesser durch den Katalysator begrenzt, denn der Katalysator muß in jedem Rohr so gleichmäßig verteilt sein, daß keine Kaminbildung und kein bevorzugter Durchlaß entsteht. Ein großer Durchmesser wäre in Anbetracht der von außen zur Rohrmitte in die Rohre 5 dringenden Wärme ungünstig. Zudem würde die Verwendung von Rohren großen Durchmessers insbesondere bei hohen Drücken in der Größenordnung von 30 atü eine nachteilige Vergrößerung der Wandstärke erforderlich machen. Aus diesen Gründen finden Rohre 5 mit

einem zwischen 75 und 125 mm liegenden Innen- Die Gesamtleistung muß ausreichen, um die für

durchmesser Verwendung. das Vorwärmen und die Reaktionen sowie die zum

Je nach der Leistungsfähigkeit des Ofens ist ein Ausgleich der an den Wänden und durch die aus dem

einziges Hilfssammelrohr 12 — das, wie in F i g. 1, 8 Ofen austretenden Abgase entstehenden Wärmever-

und 9 dargestellt, einen seitlichen Auslaß auf einer 5 luste erforderliche Wärme zu übertragen; dabei wer-

Seite aufweist — oder sind zwei Hilfssammelrohre den der Typ und die Leistung eines jeden Brenners

je Schicht vorgesehen, die, wie in Fig.2, 10 und durch die erforderliche Flammenlänge bestimmt. Die

11 dargestellt, auf beiden Seiten Auslässe besitzen. Brenner sind so ausgebildet und arbeiten unter sol-In Fig. 2, 10 und 11 sind gleiche Teile mit glei- chen Bedingungen, daß der Flammenschleier nicht chen Bezugszeichen, jedoch unterschiedlichen Indi- io in direkte Berührung mit den benachbarten Rohrzes α und b bezeichnet. schichten kommt. Die Zahl der Brenner ermöglicht

Die Hilfssammelrohre 12 ruhen auf der Sohle 11 einen kontinuierlichen Flammenschleier. Die Vermit einer durch die elastische Aufhängung 18 be- brennungsprodukte durchströmen den Ofen von oben grenzten Reibung, wobei ein entsprechendes Spiel nach unten parallel zu den Rohrschichten und die gleiche axiale Ausdehnungen von der Mitte der Hilfs- 15 Verbrennungsgase werden in der unteren Zone in sammelrohre aus erlaubt, so daß die Endrohre 5 einer öffnungen S unter Abgaskanälen 26 aufgefangen.
Rohrschicht gleichen Beanspruchungen ausgesetzt Im Querschnitt besitzen die Abgaskanäle 26 etwa sind. Der für die Hilfssammelrohre vorgesehene die Form eines gleichschenkeligen Dreiecks und wer-Durchtritt durch die Ofenwände enthält eine geeig- den durch eine Wand mit zwei Schrägflächen 27 genete Dichtung, durch welche die Hilfssammelrohre 20 bildet. Die Wand 27 besteht aus Platten 28, die mitfrei verschieblich sind. einander, insbesondere mittels Nut und Feder, ver-

Die Hilfssammelrohre 12 bestehen aus dem glei- fugt und mit einem Firststück 29 verbunden sind und chen Werkstoff wie die Rohre 5 und sind an die auf Füßen 30 ruhen. Als Füße 30 dienen Teile priseigentlichen Sammelrohre 20 angeschlossen, die aus matischer Form, die nebeneinander angeordnet sind einem gewöhnlichen Stahl bestehen und einen äuße- 25 und dabei Zufuhröffnungen 31 zwischen sich frei ren isolierenden Überzug und einen inneren tempe- lassen.

raturbeständigen Überzug aufweisen. Das trägt zu Die Zufuhröffnungen 31 können jeweils mit einem

einer Verringerung der Dehnung der Sammelrohre Brenner fluchten. Außerdem kann ihr Querschnitt so

20 und außerdem dazu bei, eine erhebliche Querver- gewählt werden, daß sie gleiche Gasströmungen be-

schiebung der Hilfssammelrohre 12 zu vermeiden. 30 wirken. In letzterem Falle weisen die Zufuhröffnun-

Überdies kann jede Querverschiebung der Hilfssam- gen 31 mit wachsender Entfernung von der öffnung 8

melrohre 12 mit einem Wassermantel für das jewei- einen größer werdenden Querschnitt auf.

lige Hauptsammeirohr 20 verhindert werden. Wie insbesondere aus F i g. 3 hervorgeht, besitzen

Zur freien axialen Dehnung der Hilfssammelrohre die Abfuhrkanäle 26 α am Rand der Ofensohle eine

12 ruhen die Sammelrohre 20 zweckmäßigerweise auf 35 Wand mit nur einer einzigen Schrägfläche 27α, die aus Rollen bestehenden Haltern 25 (F i g. 1 und 2). dem Kanal 26 α die Form eines rechtwinkligen Drei-Im übrigen werden sowohl die Verschiebungen der ecks gibt und am Kopf in ein besonderes Firststück Hilfssammelrohre 12 in der Querrichtung als auch 29 α übergeht.

die in der Längsrichtung durch eine schematisch in In den Seitenwänden des Ofens befinden sich nicht

Fig. 8 und 10"dargestellte Befestigung36 oder 36a 40 dargestellte Sichtfenster an jedem Abzugskanal26

in der Mitte der Sammelrohre 20 oder 20 a verrin- oder 26 o, durch die hindurch die Zufuhröffnungen

gert. Gegenüber einer Befestigung an einem Ende tritt 31 beispielsweise zu deren Querschnittsänderung zu-

dadurchnur die halbe Dehnung auf. gänglich sind. Das kann mit Hilfe von nicht darge-

Die Federn 18 sind so bemessen, daß sie den groß- stellten zusätzlichen temperaturbeständigen Teilen ge-

tcn Teil des Gewichts der Rohre und des Katalysators 45 schehen, die vor die Öffnungen 31 gesetzt werden und

tragen und die Reibung der Hilfssammelrohre an der diese teilweise verschließen.

Sohlell und die hierdurch entstehenden Beanspru- Die Wände der Abgaskanäle reflektieren die Flam-

chungen bei einer Dehnung des Hauptsammeirohrs menstrahlung der Brenner gegen den unteren Teil dei

20 wesentlich reduzieren. Andererseits soll ein Knik- Rohrschichten, so daß diese in dem Teil, der nicht in

ken der Rohre 5 ausgeschlossen sein. 5° ausreichendem Maße durch unmittelbare Berührung

Die Brenner 7 sind in ausgerichteten Reihen an- mit den Flammen oder durch die unmittelbare Flamgeordnet. Ihre abwärts gerichteten Flammen erstrek- menstrahlung erwärmt wird, eine zusätzliche Erwärken sich zwischen den Rohrschichten in gleichen Ent- mung erfahren.

fernungen von diesen. Die Brenner sind außerdem in Wie vor allen Dingen aus den F i g. 2 und 8 bis 11

jeder Reihe so nahe beieinander angeordnet, daß sie 55 hervorgeht, kann ein weiterer Reformierofen 22 aT

einen kontinuierlichen Flammenschleier erzeugen und den Ofen angeschlossen werden. Der Ofen 22 ist danr

in jeder Ebene des Ofens der gleiche Temperatur- mit der Steigleitung 21 verbunden und wird durcl

gradient an allen Rohren erzielt wird. ein mittleres elastisches System 32 und 32 a derar

Die Zahl, die Art, die Leistung und die Regelung gehalten, daß sich die Spannungen in den Rohrlei

der Brenner 7 werden so bestimmt, daß die nachfol- 60 rungen gegenseitig aufheben oder wenigstens verrin

genden Bedingungen erfüllt sind: gern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

tors versehen sind und nachgiebig mit Leitungen zum Patentansprüche: Zuführen der Reaktionspartner verbunden sind. Die Rohre sind in Schichten angeordnet, zwischen denen

1. Rohrofen, insbesondere zum Reformieren in' sich Brennerreihen befinden, deren Flammen im BeAnwesenheit von Katalysatoren, mit lotrecht an- 5 2rieb nach unten gerichtet sind,
geordneten, elastisch am oberen Ende aufgehäng- An die unteren Rohrenden sind Hilfssammelrohre

ten, aus einzelnen Rohren bestehenden, mit ihren angeschlossen, die in einiger Entfernung von der unteren Enden direkt am Hilfssammelrohr ange- Ofensohle gehalten werden und in Sammelrohre und schlossenen Rohrschichten und oberen parallel zu Überführungsrohre münden, die in dem unteren Teil den Rohrschichten nach unten gerichteten Bren- 10 des Ofens aufsteigen.

nern, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferner sind öfen bekannt, deren Sohle zwischen

Hilfssammelrohre (12) als Abstützung für die Rohre den Rohrschichten mit Abgaskanälen versehen ist, (5) mit geringer Reibung auf einer Sohle (11) des die teilweise die Form eines gleichschenkeligen Drei-Ofens ruhen und jedes Hilfssammelrohr (12) ecks aufweisen und somit sekundäre Wärmestrahlaußerhalb des Ofens über einen seitlichen Aus- 15 flächen besitzen, die eine in dieser Zone der Rohrgang an ein Sammelrohr (20) angeschlossen ist, schichten die Entfernung der Brenner ausgleichende das auf einer quer zu ihm gleitend verschiebli- Zusatzwärme liefern. Derartige Abgaskanäle sind im chen Abstützung (25) ruht und mit einer durch allgemeinen mit gleichmäßig verteilten Öffnungen eine elastische Aufhängung (32) gehaltenen Ab- konstanten Querschnitts versehen, um den Verbrenfuhr- oder überführungslcitung (21) verbunden 20 nungsgasen den Austritt aus dem Ofeninnern in die ist. Abzugskanäle zu ermöglichen.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Die verschiedenen bekannten Ausführungen bezeichnet, daß die Hilfssammelrohre (12) und die sitzen eine Reihe von Nachteilen; so wird das gesamte Sammelrohre (20) mit mittleren Verankerungen Gewicht der Rohrschichten und der Hilfssammel-(36) versehen sind. «5 rohre sowie ein Teil des Gewichts der Sammelrohre

3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekenn- und der Überführungsrohre vollständig von den Rohzeichnet, daß die oberen Enden der Rohre (S) in ren und den zugehörigen elastischen Aufhängungen einem Dichtungskasten (24) gleitend durch die aufgenommen, so daß in den Rohren und ihren AnOfendecke (6) treten. Schlüssen an den Hilfssammelrohren ungünstige Span-

4. Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet 30 nungen entstehen, die zu den Wärmespannungen hindurch eine Isolierung (23) der oberen Ab- zutreten. Das hat zur Folge, daß die Wandstärke der schnitte der Hilfssammelrohre (12), die die Ver- Rohre entsprechend dicker sein muß. Dadurch verbindungsstellen der Hilfssammelrohre (12) mit ringert sich der Wirkungsgrad der Anlage und erhöht den Rohren (5) umhüllt. sich ihr Preis. Außerdem sind die Verbindungen

5. Ofen nach Anspruch 1, gekennzeichnet 35 zwischen den unteren Rohrenden und den Hilfssamdurch Abgaskanäle (26) mit etwa dreieckigem melrohren schutzlos den mechanischen und thermi-Querschnitt, die Füße (30) mit regelbarem Ab- sehen Beanspruchungen ausgesetzt.

stand aufweisen, wobei die Öffnung (31) zwischen Die durch die sekundäre Strahlung der Abgaska-

den Füßen (30) zumindest teilweise verschließbar näle gelieferte Zusatzwärme wird durch die die ist und die Wände (27, 28, 29) der Abfuhrkanälc 40 Strahlflächen unterbrechenden Verbindungsöffnun-(26) aus miteinander verfugten Elementen be- gen ungleichmäßig, so daß die unteren Abschnitte stehen. der Rohre ein und derselben Schicht an der Stelle

dieser Strahlung längs der Schicht eine ungleichmä-

ßige Erwännung erfahren.

45 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mechanische und thermische Belastung und den bau-

Die Erfindung betrifft einen Rohrofen, insbeson- liehen Aufwand an Rohröfen, insbesondere solchen dere zum Reformieren in Anwesenheit von Katalysa- zum Reformieren in Anwesenheit von Katalysatoren, toren, mit lotrecht angeordneten, elastisch am oberen zu verringern.

Ende aufgehängten, aus einzelnen Rohren bestehen- 5° Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch den, mit ihren unteren Enden direkt an Hilfssammel- gelöst, daß die Hilfssammelrohre als Abstützung für rohre angeschlossenen Rohrschichten und oberen, die Rohre mit geringer Reibung auf einer Sohle des parallel zu den Rohrschichten nach unten gerichteten Ofens ruhen und jedes Hilfssammelrohr außerhalb Brennern. des Ofens über einen seitlichen Ausgang an ein Sam-

Die wesentlichen Probleme an Rohröfen und ins- 55 melrohr angeschlossen ist, das auf einer quer zu ihm besondere solchen, in denen in Anwesenheit von gleitend verschieblichen Abstützung ruht und mit Katalysatoren Reformierreaktionen stattfinden, sind einer durch eine elastische Aufhängung gehaltenen die mechanische Festigkeit der Rohre bzw. Sammel- Abfuhr- oder Überführungsleitung verbunden ist. rohre insbesondere bei erhöhter Temperatur. So sol- Vorteilhafterweise verringert sich mit der Auflage auf len die Temperaturgradienten der Rohre überall einen 60 der Ofensohle die Belastung jedes Rohrabschnitts, bestimmten Wert aufweisen und in gleichen Rohr- da sie sich auf die Abstützung an der Sohle und die höhen möglichst gleich sein. Ferner sollen sich die Aufhängung am oberen Ende verteilt.
Rohre frei dehnen können und die Dehnung mög- In weiterer Ausbildung der Erfindung sind die

liehst gering sein. Hilfssammelrohre und gegebenenfalls die Sammel-

Es ist bereits bekannt, die Rohre elastisch an ihren 65 rohre zur Verringerung der aus der Dehnung resuloben aus dem Ofen ragenden Rohrenden auizuhän- tierenden Verschiebung in der Mitte an der Sohle gen, die zudem mit entfernbaren Verschlußvorrich- oder einer gleichwertigen Wand befestigt. Die mittige tungen zum Einführen und Erneuern des Katalysa- Befestigung verringert die Verschiebung um die Half-