DE2035112A1

DE2035112A1 - Rohrenoten zum Erhitzen

Info

Publication number: DE2035112A1
Application number: DE19702035112
Authority: DE
Inventors: Tslehika Yokkscc^ Ci($ Mk Fukui Saburo Hiroshima City Hiroshima Sstu- (Japan) P
Original assignee: Mitsubishi Jukogyo K i\ , Mitsubishi Petrochemical Co Ltd ,Tokio
Priority date: 1969-07-17
Filing date: 1970-07-15
Publication date: 1971-02-11
Also published as: NL7010608A; DE2035112B2; GB1257616A; NL145271B; ES381924A1; CS161758B2; HU163593B; SU423316A3; US3630176A; CA929323A; FR2055313A5; RO61660A; YU33303B; YU178670A

Description

PATENTANWÄLTE

dipping. H. LEINWEBER dipping. H. ZIMMERMANN

8 München 2, Rosental 7, z.Autg.

T*i.-Adr. UlnpatMUndMR Telefon (MII) 2(1919

^den Ί3. Juli 1970

Uni«rZ«ldi*n

Z/St/45-1051

MITSUBISHI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA 5-1, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

und

MITSUBISHI PETROCHEMICAL COMPANY LIMITED 5-2, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan

Röhrenofen zum Erhitzen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röhrenofen zum Erhitzen, und insbesondere auf einen derartigen Ofen, der hauptsächlich die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Äthan, Propan, Erdöl, Petroleum, Leichtöl, Gasöl u. dgl., zu Olefinen, Diolefinen, aromatischen Kohlenwasserstoffen u. dgl. durchführt.

Bisher war eine Art von Öfen, die zu diesem Zweck weit verbreitet waren, der sogenannte horizontale Röhrenofen oder ein Erhitzungsofen mit einer Konstruktion, in der eine große Anzahl von Kurzflammenbrennern durch die Seitenwände des Ofens hindurch angeordnet sind und in dem ein Bündel von Rohren horizontal in der Mitte des Strahlungsabschnitts getragen werden, der aus den Seitenwänden, der Decke, dem Boden und den Vorder- und Rückwän-

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den und einem Könvektionsabschnitt für die Wiedergewinnung der Abwärme besteht, der oberhalb des Strahlungsab-Schnitts angeordnet ist. In dem Ofen der beschriebenen Art müssen Kurzflammenbrenner mit flachen Flammen verwendet werden, um eine gleichmäßige Erhitzung der Rohre zu erzielen und um die Flammen von der direkten Berührung mit den Rohren abzuhalten. Außerdem erfordert die relativ kleine Kapazität der einzelnen Brenner die Verwendung einer großen Anzahl von Brennern, wodurch zu diesem Nach-

% teil noch die Kompliziertheit der Arbeitsweise und der Wartung der Anlage hinzukommen. Die Kurzflammenbrenner verwenden hauptsächlich gasförmige Brennstoffe, um die flachen Flammen aufrechtzuerhalten und eine Beschädigung der Rohre infolge der Ausbreitung von Schlamm zu vermeiden. Das ergibt nicht nur äußerste Beschränkungen für die Verwendung von weniger teueren Brennstoffen, wie z. B. Schweröl und andere Öle, wie Krackingrückstände, sondern es neigt auch dazu, Verstopfungen der Brennerdüsen durch Verunreinigungen im Brennstoff oder eine Verformung der Brennerkacheln durch Verkohlung des Brennöls zu verursachen, was wiederum die Flammenform beeinflussen und örtliche Überhitzung der Rohre verursachen kann. Außerdem

* ist es bei einem Ofen dieser Art oft der Fall, daß die horizontalen Rohre infolge der Kriechbelastung oder der Verformung durch Wärmespannung Wellen bilden oder durchhängen, womit eine entsprechende Verformung oder Beschädigung der Ronranschlüsse verbunden ist.

Eine andere Abwandlung der herkömmlichen öfen besteht aus einem Bett, Seitenwänden, einer Decke und Vorder- und Rückwänden, die zusammen einen Strahlungsabschnitt bilden, mehreren an dem Bett und an den Seiten-

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wänden angeordneten Brennern, einem Bündel von Rohren, die in der Mitte des Strahlungsabschnittε vertikal aufgehängt sind, und einem Konvektionsabschnitt für die Wiedergewinnung der Abwärme, der oberhalb und entlang des Strahlungsabschnitts angeordnet ist. Da der Ofen dieser Konstruktion nach oben gerichtete Langflammenbrenner und vertikal aufgehängte Rohre verwendet, ist er gegenüber der ersten Ausführung herkömmlicher Öfen, wie sie oben beschrieben wurden, in bezug auf die Kapazität und Quantität der Brenner und wegen der geringeren Möglichkeiten der Verformung und Beschädigung der Rohranschlüsse vorteilhaft. Die nach oben gerichteten Brenner können jedoch ein Verkohlen der Brennerkacheln verursachen, und in Extremfüllen können sie sogar zu einer ungenügenden Verteilung und zu Leckverlust des Brennöls aus dem Ofen heraus führen, woraus sich die Gefahr des Feuerfangens ergibt. Die aufgehängten Rohre machen es schwierig, den Konvektionsabschnitt des Ofens unmittelbar oberhalb des Strahlungsabschnitts vorzusehen, und daher muß der Konvektionsabschnitt an der Längsseite oder oberhalb und entlang des Strahlungsabschnitts angeordnet werden. Wenn somit der Druck innerhalb des Ofens erhöht wird, werden die Flammen im Strahlungsabschnitt gegen die Richtung der Strömung des Konvektionsabschnitts angezogen. Das ist eine häufige Ursache für Beschädigung, örtliche Überhitzung und ungleichmäßige Erhitzung der Wärmeübertragungsrohre des Konvektionsab-Schnitts. Neben anderen Nachteilen bestehen bei den üblichen Öfen hohe Errichtungskosten und Unbequemlichkeiten im Betrieb und in der Wartung infolge der Tatsache, daß der schwere Konvektionsabschnitt am oberen Ende des Ofens angeordnet ist.

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Ein Ziel der Erfindung ist es, einen neuen vertikalen Röhrenofen zum Erhitzen zu schaffen, der keinen der oben erwähnten Nachteile der herkömmlichen öfen aufweist»

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen vertikalen Röhrenofen zum Erhitzen zu schaffen, der höhere Produktionsraten als die Üblichen Öfen dieser Art erzielt und der außerdem wirtschaftlich und leicht zu bedienen, zu warten und zu steuern ist.

Noch ein Ziel der Erfindung 1st es, die Ofenkonstruktion so vorzusehen, daß ein Strahlungsabschnitt und ein Konvektlonsabschnitt in dem oberen bzw. im unteren Teil des Ofens geschaffen werden, wobei die beiden Abschnitte durch eine wärmeisolierende Reflexionsplatte getrennt sind, die mit durchgehenden Kanälen ausgebildet ist, und daß Rohre oder ein Rohrbündel vertikal in dem . Strahlungeabsch&itt aufgehängt und mehrere nach unten gerichtete Brenner durch die Decke und die Seitenwände hindurch angeordnet und eine Auslaßöffnung für den Gasstrom im unteren Teil oder entlang des Konvektionsabschnitts offen ausgebildet wird.

Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Erhitzungsofen zu schaffen, der ausgedehnte Anwendung nicht nur für die Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen sondern auch als chemischer Reaktionsofen zur Durchführung endothermischer Reaktionen findet«

Nachfolgend wird eine Aueführasigsform der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

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Fig. 1 einen Schnitt entlang der Linie 1-1 in Fig. 2 durch eine» Röhrenofen zum Erhitzen gemäß der Erfindung und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie XI-II in Fig. 1.

Der Ofen weist einen Rahmen 1 und Seltenwände 2 auf, die mit Vorder- und Rückwänden 3, einer Decke 4, einem Bett 5 und einer wärmeisolierenden Reflexionsplatte 6 kombiniert sind, um einen Strahlungsabschnitt 7 zu bilden. Entlang dem Teil des Strahlungsabschnitts 7» das die vertikalen Hälften der Vorder- und Rückwand® verbindet,, ist ein Bündel von vertikalen Rohren 8 -In. Ziok-Zack** odergewundener Form innerhalb des Strahlungsabschnitts mit Hilfe von Aufhängern 10 aufgehängt, die mit Federn 9 ausgerüstet und durch die Decke 4 hindurch angeordnet sind« Die Feder 9 dient dazu, die lärmeverfonaung der Rohre 8 aufzunehmen. Mehrere Flaohflammenbrenner 11 sind durch die Decke 4 hindurch vorgesehen und so angeordnet» daß sie Flammen abgeben, die so weit wie möglich entlang den Seitenwänden 2 nach unten reichen» Auch entlang einer horizontalen Linie im mittleren Teil der Seitenwände sind mehrere Flachflammenbrenner 12 vorgesehen, die nach unten gerichtete Flammen dicht entlang an den Seitenwänden erzeugen, um dadurch mit den Brennern 11 an der D@cke zusammenzuarbeiten, um die Seitenwände 2 auf Rotgluht zu erhitzen, so daß das Bündel von Rohren 8 durch die Strahlungswärme von den Seitenwänden 2 und den Brennerflammtη gleichmäßig erhitzt werden kann. Um den Einbau der Brenner 12 in den Seitenwänden zu erleicht®rn₉ haben die mittleren Teile der Seitenwände einen Schulttrabsobnltt 13,

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gezeigt ist, obwohl ea-nicht wesentlich

erfüllt.werden.

Refiesiöngplatte und dem ebildet_K durch die

7 nach unten in Konv©kti©nsab-Seitenwände 16, ©l@olier@nde Relexionsgrenzte Ia. oberen Raum gontal in Ziek~2ack-

wie er in. Fig« 1 ist, wo di®

wit es oben erwähnt ward®, Zwischen d@r wänaeleolierenden Bett 5 aind mehrere Verbrennungsgas vom StraMut den Konvektionsabsctodtt schnitt 15 ist durch

die Vorder» 3p

platte 6 und eine Bodenplatte 17 b des Konvektionsatoseliäitts oder gewundener Art Rohr© Kohlenwasserstoff© in ¥©AliictaBg Bündels von Rohren ö©s Unterhalb der Hofere zv in ähnlicher Amordnuag gelogt zum Vorerhitzen von Wärmeauataiisdtep 2k auch mit ein©« Kaat Auslaß 21 für Abgas» eines· Kohlenwasserstoffβ te Gas versehen₉ der tauscher 2h in Verbindung stent dee Ofens oberhalb der Deeke angeordnet ist.

Bei dem Heisofen der oben g©naimt®n Konstruktion werden die zu b©liand@lnde» Kohlenwasserstoffe dusrola die Einlaßöffnung 22 des Konvektionaabecbnitte in die Y©rer~ hitζenden Rohre 18 eingeleitet, «ad w8to©nd sie durch die Rohre hindurchläuft, wird, di© Füllung durch WInsaeaustausch mit dem Abgas vom Stralalungsabscimitt 7 auf eine optimal©

19 dienen

söll₀ Der Öfen ist

gsgias^ einem 22 for materielle für dag pyrolysier-

auf d@r Oberseite

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Temperatur für die Einleitung der Pyrolyse erhitzt. Die Ladung strömt dann im Zick-Zack durch die vertikalen Rohre 8 des Strahlungsabschnitte 7 auf und ab, während sie hauptsächlich durch die Strahlungswärme von den Seitenwänden 2 schnell erhitzt wird, die durch die Brenner 11 und 12 in der Decke und in den Seitenwänden und auch durch, die längen nach unten gerichteten Flammen von diesen Brennern auf Rotgluht erhitzt worden sind, und dadurch wird die pyrolytische Reaktion in der gewünschten Weise vervollständigt. Das Ergebnis wird durch den Auslaß 23 In nachfolgende Einrichtungen geleitet, wie z. B. den schnellkühlenden wärmeaustauscher 24. Andererseits strömt das Verbrennungsgas von denFlachflamaenbrennern 11 und 12 im Strahlungsabschnitt 7 entlang dem Bündel von Rohren und den Seitenwänden 2 nach unten in den Konvektionsabschnitt 15 durch die Kanäle 14, die zwischen der wärme» isolierenden Reflexionsplatte 6 und dem Bett 5 ausgebildet sind. Nach dem Wärmeaustausch mit den vorerhitzenden Rohren 18 und den Wasserrohren 19 wird es durch den Kamin 20 geleitet und schließlich durch einen nicht gezeigten Schornstein ausgestoßen.

Durch die oben beschriebene Konstruktion hat der Röhrenofen zum Erhitzen gemäß der Erfindung «ine Anzahl von Vorteilen, wie sie nachfolgend aufgeführt werden!

1) Selbst wenn Brenner mit erhöhter Leistung verwendet werden, bilden die Flammen im Strahlungsäbschnitt parallele Ströme zu dem Bündel von Rohren, wodurch eine direkte Berührung zwischen den Flammen und dem Röhrenbündel vermieden wird» Daher kann die der erforderlichen Brenner herabgesetzt und Brennstoffe

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mit geringen Schmutzablagerungen und niedrigen Verbrennungswerten verwendet werden, beispielsweise Schweröl der Güteklasse C und andere billige flüssige Brennstoffe. Das erspart nicht nur Einbaukosten sondern ermöglicht zusätzlich ein Dampfblasen an den Brennerspitzen, wodurch es möglich wird, den Ofen vorteilhaft zu betreiben und zu warten.

2) Da die Brenner mit den Spitzen nach unten gerichtet eingebaut werden, wird der Brennstoff, selbst wenn er schlecht verteilt ist, im Inneren des Ofens heruntertropfen, ohne die Möglichkeit, sich an den Brennerkacheln abzulagern und dort eine Verkohlung hervorzurufen. Auch besteht selbst dann, wenn der Brennstoff aus dem Ofen ausläuft, keine Gefahr des Feuerfangens.

3) Der Strahlungsabschnitt des Ofens ist von der wärmeisolierenden Decke, dem Bett und den Seitenwänden und auch von der wärmeisolierenden Reflexionsplatte umgeben. Außerdem erzielen die nach unten gerichteten Langflammenbrenner eine gleichmäßige strahlende Wärmeverteilung· Diese Merkmale tragen dazu bei, die Möglichkeiten örtlicher Überhitzung und Verkohlung zu vermindern und gute Reaktionsbedingungen aufrechtzuerhalten. Wenn die Reaktionsrohre mit einem Kathalysator gefüllt sind, kann die Lebensdauer des Kathalysatoren verlängert werden.

4) Die Anordnung des Konvektionsabschnitts unterhalb des Strahlungsabschnitts und das Vorhandensein geeigneter Kanäle für Verbrennungegas zwischen der wärmeisolierenden Reflexionsplatte und dem Bett ermöglichen es, daß

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der Ofen eine rektifizierende Wirkung auf das Verbrennungsgas hat. Da das Verbrennungsgas gleichmäßig nach unten strömt, kann außerdem eine ungleichmäßige Erhitzung in dem Konvektionsabschnitt infolge verschobener Konvektion vermieden werden, und die Produktionsausbeute wird entsprechend erhöht.

5) Der relativ schwere Konvektionsabschnitt ist an einer tiefen Stelle angeordnet, so daß er leicht herzustellen und zu warten ist· Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich vom Standpunkt der Ofenauslegung, wenn der Konvek tionsabschnitt unterhalb und entlang des Strahlungsabschnitts vorgesehen wird, so daß der Ofen aus zwei Strahlungsabschnitten und aus einem Konvektionsabschnitt besteht.

6) Da die Brenner hoch angebracht sind, besteht nur eine geringe Möglichkeit, daß irgendein brennbares Gas, das schwerer ist als Luft, seinen Weg von der Außenseite in direkte Berührung mit den Flammen innerhalb des Ofens findet, und somit ist ein hoher Grad an Sicherheit gewährleistet.

Nachfolgend wird ein Beispiel einer Äthylen-Pyrolyse mit einem Heizofen gemäß der Erfindung erläutert.

Der verwendete Heizofen war ein vertikaler Röhrenofen gemäß der Erfindung, der einen Ofenkörper mit 2,9 m Weite, 4,7 m Länge und 9,6 m Höhe aufweist. Er hatte zwölf Flachflammenbrenner in der Decke und zehn solcher Brenner in den Seitenwänden. Xn diesem Ofen wurde Erdöl mit einem spezifischen Gewicht von 0,7012 (bei 15/4° C)

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und einem Molekulargewicht von 98 pyrolysiert. Das Ausgangsmaterial wurde in diesem Fall in einer Menge von 6,200 kg Erdöl pro Stunde mit 3,200 kg Dampf pro Stunde behandelt. Durch die flachen Brenner wurde eine Hitzemenge von 4,3 x 10 Kcal/h dom Strahlungsabschnitt zugeführt, so daß der Rohreinlaß im Strahlungsabschnitt auf 560° C und die Auslaßtemperatur des Ofens auf 840° C gehalten werden konnten. Als Ergebnis wurde die Zusammensetzung aus einem pyrolysierten Gas erzielt, das unten aufgeführt ist. Für die Brenner wurde ein gemischter Brennstoff verwendet, der aus 50 % Schweröl der Güteklasse C und 50 % äthylen-rückgewonnenem Abgas bestand, das hauptsächlich aus Wasserstoff und Methan zusammengesetzt war.

Komponente

H₂	^CH4	C₂H₂	C₂H₄	^C3	^C4	^C6~^C8
				Ant.	Ant.	arom·
						Ant.
1,2	16,4	0,33	29,5	16,2	7,77	13,3

C= Ant.~

nichtar. Ant. unter S.-P. 180^D C

Andere

Gewicht {%)

11,41

Rest

Bemerkungen:

1) Die Verhältnisse der Zusammensetzung wurden auf der Basis von trockenem Gas kalkuliert,

2) Ant. bedeutet Anteil

3) arom. bedeutet aromatisch

4) S.-P. bedeutet Siedepunkt

5) nichtmr. bedeutet nichtaromatisch

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Claims

Patentansprüc hei

1. Röhrenofen zum Erhitzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlungsabschnitt (7) und ein Konvektionsabschnitt (15) in den oberen bzw. unteren Räumen in dem Ofen angeordnet sind, daß der Strahlungsabschnitt und der · Konvektionsabschnitt voneinander durch eine wärmeisolierende Reflexionsplatte (6) getrennt sind, die mit Kanälen (14) für Verbrennungsgas ausgebildet ist, daß Rohre (8> vertikal in dem Strahlungsabschnitt (7) aufgehängt und mehrere nach unten gerichtete Brenner (11, 12) an der Decke (4) und den Seitenwänden ( 2) des Strahlungsabschnitts (7) angeordnet sind, daß die Rohre {&) in dem Strahlungsabschnitt an ihren einen Enden mit dem Ende von Rohren (18) verbunden sind, die in dem Konvektionsabschnitt (15) angeordnet sind, und an ihren anderen Enden aus dem Ofen heraus durch die Decke (4) geführt sind, und daß eine Auslaßöffnung (21) für das Abgas offen durch den unteren Teil des Konvektionsabschnitts (15) ausgebildet ist.

2. Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (11, 12) so angeordnet sind, daß ihre Flammen parallel zu den Rohren (8) gerichtet sind.

3. Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (8) in Zick-Zack- oder gewundener Gestalt angeordnet sind.

4. Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserrohre (19) t die einem schnellkühlenden Wärmeaustauscher (24) zuzuführendes Wasser vorerhitzen, in dem Konvektionsabschnitt (15) unterhalb der in ihm angeordneten Rohre (18) vorgesehen sind.

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