DE2147802A1

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Info

Publication number: DE2147802A1
Application number: DE19712147802
Authority: DE
Original assignee: Haldor Topsoe AS
Current assignee: Topsoe AS
Priority date: 1970-09-25
Filing date: 1971-09-24
Publication date: 1972-03-30
Also published as: GB1367453A; IT939875B; NL7112881A; DE2147802C3; JPS5134388B1; FR2108529A5; DE2147802B2; US3768980A; NL168868C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bezüglich der Konstruktion von öfen zum Durchführen katalytischer endothermischer Reaktionen. Aus Beispiele für solche katalytischen endothermischen Reaktionen sei die Umwandlung von Kohlenwasserstoffen in Verbindung mit Dampf bzw. in Gegenwart von Dampf zum Erzeugen von Gasen genannt, die Wasserstoff, Synthesegas, Stadtgas oder Olefine enthalten. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Konstruktion zum Unterstützen der Rohre, in denen sich die Eeaktionsabspielt, von ihren unteren Enden aus.

Gewöhnlich umfaßt ein Ofen für endothermische Reaktionen eine oder mehrere Brennkammern, deren Wände, Decke und/oder Boden mit Brennern versehen sind. In der bzw. jeder Brennkammer ist eine große Anzahl von aus einer Legierung hergestellten Rohren stehend angeordnet, so daß die Kopfenden der Rohre nach oben durch die Kammerdecke ragen, wobei die unteren Enden der Rohre gegebenenfalls durch den Kammerboden nach unten ragen· Bei den gebräuchlichen Ofen werden die strömungsfähigen Reaktionsteilnehmer den oberen Enden der Reaktionsrohre über eine außerhalb der Kammer angeordnete

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Verteilerleitung zugeführt, während die Reaktionsprodukte an den unteren Enden der Reaktionsrohre gesammelt und über eine oder mehrere Sammelleitungen abgeführt werden·

Die hauptsächlichen Schwierigkeiten, die sich bezüglich der Konstruktion eines Ofenszum Durchführen endothermischer Reaktionen ergefeen, sind auf diebei Temperaturänderungen auftretenden Ausdehnungs- und Zusammenziehungsbewegungen der Reaktionsrohre, der Austrittsleitungen und der Sammelleitungen zurückzuführen. Hierbei ergeben sich weitere Schwierigkeiten bezüglich der Konstruktionen zum Unterstützen der Reaktionsrohre von ihren unteren Enden aus. Normalerweise sind die Reaktionsrohre in der Ofenkammer so angeordnet, daß sie eine oder zwei Reihen bilden. Hierbei ist eine Auslaß- oder Sammelleitung zum Sammeln der den Reaktionsrohren zu entnehmenden strömungsfähigen Reaktionsprodukte waagerecht und im rechten Winkel zu den Reaktionsrohren angeordnet. Die beim Erhitzen und Abkühlen des Ofens auftretenden Temperaturänderungen bewirken, daß sich die Reaktionsrohre in die Sammelleitung entsprechend verlängern bzw. verkürzen. Während sich die Reaktionsrohre durch die Kammerdecke hindurch ungehindert in der Längsrichtung ausdehnen können, müssen die Verbindungen zwischen den Reaktionsrohren und der Sammelleitung so ausgebildet sein, daß sie die Bewegungen der Sammelleitung ausgleichen, da anderenfalls thermische Beanspruchungen auftreten, die schließlich zu Beschädigungen der Rohre führen können.

Bei einer bekannten Konstruktion sind die Reaktionsrohre unmittelbar an der Sammelleitung befestigt, und sie werden durch die Sammelleitung unterstützt, so daß die unteren Enden der Reaktionsrohre gezwungen sind, den Längsbewegungen der Teile der Sammelleitung zu folgen, mit denen sie fest verbunden sind. Da jedoch die oberen Enden der Reaktionsrohre diese Bewegungen nicht mitmachen, treten in den Reaktionsrohren und in den Verbindungen zwischen diesen Rohren

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und der Sammelleitung thermische Spannungen auf} dies gilt insbesondere dann, wenn zahlreiche Reaktionsrohre mit ein und derselben Sammelleitung verbunden sind. Außerdem sind ungehinderte Bewegungen einer solchen Sammelleitung nicht möglich, wenn die Sammelleitung das volle Gewicht der Eeaktionsrohre zu tragen hat. Daher ist es erforderlich, die oberen Enden der Beaktionsrohre mit Hilfe einer flexiblen Konstruktion aufzuhängen und z.B. eine Anordnung mit Gegengewichten und Seilrollen oder eine Federanordnung vorzusehen, die das gesamte Gewicht der Eeaktionsrohre oder einen erheblichen Teil dieses Gewichtes aufnimmt.

Bei einer anderen ebenfalls bekannten Konstruktion sind die Heaktionsrohre mit der Sammelleitung durch lange, mehrfach gekrümmte Bohre verbunden, die genügend flexibel sind, so daß sie Ausdehnungs- und Zusammenziehungsbewegungen der Sammelleitung zulassen, während die unteren Enden der Eeaktionsrohre ihre Lage beibehalten. Dies ist jedoch eine teure Konstruktion, da die langen, mehrfach gekrümmten Bohre aus kostspieligen hitzebeständigen Legierungen hergestellt sein müssen.

!Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, die langen, mehrfach gekrümmten Bohre durch kurze, gerade Verbindungsrohre zu ersetzen und mit den Eeaktionsrohren eine Führungsstange so zu verbinden, daß sich die unteren Enden der Eeaktionsrohre entsprechendden Bewegungen der Sammelleitung bewegen. Bei dieser Anordnung ist es jedoch erforderlich, daß die an den oberen Enden der verschiedenen Eeaktionsrohren befestigten flexiblen Tragkonstruktionen das gesamte Gewicht der Eeaktionsrohre oder einen erheblichen Teil dieses Gewichtes aufnehmen. Diese Konstruktionen sind kompliziert und teuer, und sie stellen hohe Anforderungen an die überwachung und Wartung. Außerdem ist bei diesen Konstruktionen kein ständig störungsfreier Betrieb gewährleistet.

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Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktion eines Ofens für katalytisch^ endothermische Eeaktionen zu schaffen, bei der ausschließlich von ihren unteren Enden aus unterstützte Eeaktionsrohre vorhanden sind, die mit einer Auslaß- bzw. Sammelleitung durch einfache gerade Eohre verbunden sind, so daß der Katalysator über die oberen Enden der Eeaktionsrohre leichter zugänglich ist, und daß die Konstruktion der Ofenwände mit den thermischen Ausdehnungsbewegungen der Eeaktionsrohre unabhängig ist und mit kleineren Abmessungen ausgeführt werden kann. Auch soll gemäß der Erfindung die Anordnung der Auslaßleitungen vereinfacht * werden, so daß die Verbindungsrohre von den Wärmeausdehnungsbewegungen der bzw. jeder Sammelleitung unabhängig sind. Erfindungsgemäß iollen hierbei die Biegebennspruchungen der zu der Sammelleitung führenden Verbindungsrohre verringert werden· Schließlich schlägt die Erfindung eine Anordnung vor, die es ermöglicht, ^edes einzelne Eeaktionsrohr einzustellen

Zur Erfüllung ihrer Aufgabe schlägt die Erfindung eine Ofenkonstruktion vor, bei der das gesamte Gewicht jedes Eeaktionsrohrs von Aufhängungsmitteln aufgenommen wird, die mit den unteren Enden der Eeaktionsrohre verbunden sind, und die eine im wesentlichen reibungsfreie waagerechte Bewegung Jedes unteren Eohrendes innerhalb eines Bereichs ermöglichen, P dessen Größe ausreicht, um die Wärmedehnung der Auslaßmittel ausreichen, die gerade Verbindungsrohre und gegebenenfalls eine oder mehrere Sammelleitungen umfassen.

Die erfindungsgemäße Ofenkonstruktion bietet im Vergleich zu bekannten Konstruktionen verschiedene Vorteile, von denen einige im folgenden erwähnt werden, während sich andere Vorteile ohne weiteres aus der Beschreibung ergeben.

Bei den bis (jetzt bekannten Trag- oder Aufhängungskonstruktionen wird eine Gegengewichts- oder Federanordnung benutzt, um jedes einzelne Konstruktionsrohr von seinem oberen

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Ende aus zu unterstützen. Da diese Konstruktionen auf der Oberseite des Ofens angeordnet sein müssen, sind sie den unterschiedlichen Witterungseinflüssen ausgesetzt. Infolgedessen besteht die Gefahr der Korrosion lebenswichtiger feile, und es liegt auf der Hand, daß solche Konstruktionen ihre Aufgabe nur dann einwandfrei erfüllen, wenn alle beweglichen Teile, z.B. diejenigen einer Seilrollenanordnung, stets in einem Zustand gehalten werden, bei dem eine ungehinderte Beweglichkeit gewährleistet ist. Im Hinblick auf dieses Erfordernis stellen diese bekannten Konstruktionen hohe Ansprüche an die Überwachung und Wartung.

lerner umfassen die bis jetzt bekannten Konstruktionen starre Verbindungen zwischen den Keaktionsrohren und den Sammelleitungen, die für die unvermeidlichen thermischen Beanspruchungen ziemlich empfindlich sind, welche dazu neigen, sich an kritischen Punkten, insbesondere den Schweißverbindungen, zu konzentrieren. Daher atstehen bei den auf bekannte Weise ausgebildeten Verbindungsstellen häufig Bisse,

Zwar hat die Verwendung flexibler Verbindungen zwischen den Reaktionsrohren und den Sammelleitungen, gegebenenfalls in Kombination mit ortsfesten Unterstützungen für die unteren Enden aller Reaktionsrohre, zur Vermeidung einiger der genannten Nachteile geführt, doch läßt sich eine hinreichende Flexibilität der Verbindungen zwischen den Reaktionsrohren und den Sammelleitungen nur erzielen, wenn man lange, mehrfach gekrümmte Verbindungsrohre vorsieht. Da diese Verbindungsrohre einem hohen Innendruck von z.B. mehr als 20 atü und hohen Temperaturen von z.B. über 700° 0 ausgesetzt sind, nüssen sie aus teuren, hitze-r und druckfesten Legierungen hergestellt sein, so daß sich ziemlich hohe Herstellungskosten ergeben·

Bei der Ofenkonstruktion nach der Erfindung wird eine neuartige und vereinfachte Tragkonstruktion verwendet, und die

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Auslaß- bzw. Sammelleitungen sind verbessert· Die langen, mehrfach gebogenen Verbindungsrohre sind durch kurze, gerade Rohre ersetzt, die jedoch immer noch die unvermeidliche Durchbiegung der senkrecht angeordneten Eeaktionsrohre ausgleichen können. Alle übrigen Beanspruchungen werden durch eine an den unteren Enden der Reaktionsrohr« befestigte Aufhängungskonstruktion ausgeschaltet. Biese Aufhängungskonstruktion ist sehr einfach aufgebaut und kann an einer leicht zugänglichen Stelle unter der Ofenkammer angeordnet werden. Daher ist die Aufhängungskonstruktion gegen Witterungseinflüsse gut geschützt, und da die Temperaturunter der Ofenkammer etwas höherist als die Umgebungstemperatur, weil die Ofenkammer Wärme abstrahlt, ist die Korrosionsgefahrerheblich verringert. Außerdem führen die Teile der Aufhängungskonstruktion nur kleine Bewegungen aus, so daß sie auf einfache Weise in einem einwandfreien Betriebszustand gehalten werden können.

Zwar eignet sich die erfindungsgemäße Aufhängungskonstruktion insbesondere zur Verwendung in Fällen, in άβη@& die aus den Reaktionsrohren austretenden Produkte mittels einer Sammelleitung gesammelt werden, doch ist die Aufhängungskonstruktion auch dann anwendbar, wenn keine Sammelleitung zun Abführen der Reaktionsprodukte vorhanden ist· Bine solche Situation ist dann gegeben, wenn die Ausströmendem Produkte, die Reaktionsrohren entnommen werden, in denen sich katalytisch* endothermische Reaktionen abspielen, in einen anderen Ofen überführt werden, in dem weitere endothermische Reaktionen ablaufen, wobei gegebenenfalls nicht mit einem Katalysator gearbeitet wird. In einem solchen Fall benötigt man gegebenenfalls keine Auslaß- bzw. Sardnelleitung, um die Produkte des ersten Ofens zu sammeln, bevor sie dem nächsten OSen zugeführt werden. Jedoch ist es auch in diesem Fall möglich, die erfindungsgemäße Aufhängungskonstruktion zum Unterstützen von Reaktionsrohren zu verwenden·

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Die Tragkonstruktion und die Verbindungen zwischen den Reaktionsrohren und einer Sammelleitung nach der Erfindung können so ausgebildet sein, daß nur die Unterstützungen selbst und die Auslaß- oder Sammelleitungen außerhalb der Brennkammer vorgesehen sind, während sich die Verbindungen zwischen den Reaktionsrohren und den Verbindungsrohren im Inneren der Ofenkammer befinden. In anderen Fällen kann es vorteilhaft sein» dafür zu sorgen, daß die Verbindungsrohre und die zugehörigen Hohranschlüsse vollständig außerhalb der Brennkammer angeordnet sind. Auf diese Weise sind diese Teile zum Zweck der Überwachung, Wartung und Instandsetzung leicht zugänglich· Gleichzeitig ist die Gefahr einer Überhitzung der Verbindungsteile und der Sanmielleix,ungen vermieden· Da die Verbindungen und Sammelleitungen nicht in Berührung mit den Verbrennungsprodukten kommen, ist es möglich, Jeden beliebigen Brennstoff unter Einschluß von Heizölrückständen zu verwenden, die einen hohen Gehalt an Schwefel und As ehe verb indungen, s.B· Vanadium- und Natriumverbindungen, enthalten, um die Wärme zu erzeugen, die dazu dient, in den Reaktionsrohren die endothermischen !Reaktionen ablaufen zu lassen·

Die erfindungsgemäße Ofenkonstruktion eignet sich daher insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit zusammengesetzten Rohren, wie sie z.B. in der indischen Patentschrift 131 894 beschrieben sind.

Diese zusammengesetzten Rohre bestehen auf ihrer Außenseite aus einer korrosionsbeständigen Legierung und auf ihrer Innenseite aus einer druckfesten Legierung.

Bei den bis jetzt bekannten Ofenkonstruktionen konnten die vorstehend genannten Vorteile nur unter einem erhöhten Kostenaufwand für die Herstellung und die Wartung erzielt werden. Die Erfindung führt nunmehr zu einer erheblichen Verringerung dieser Kosten. Bei den bekannten Konstruktionen

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mit von ihren unteren Enden aus unterstützten Reaktionsrohren und außenliegenden, mehrfach gekrümmten Verbindungsrohren und Sammelleitungen haben die mehrfach gekrümmten Kohre eine ziemlich große Länge, und es können nur 20 bis 50 Eeaktions— rohre an eine Sammelleitung angeschlossen werden. Bei neuzeitlichen Ofenkonstruktionen kann jedoch jede Verbrennungskammer bis zu 150 Kohre oder eine noch größere Zahl von Bohren enthalten. Bei den bis jetzt gebräuchlchen Ofenkonstruktionen sind die Reaktionsrohre daher zunächst an mehrere getrennte Sammelleitungen angeschlossen, die ihrerseits mit eim? Hauptüberführungsleitung verbunden sind. Diese Überführungsleitung

fe ist im Inneren mit Hilfe von feuerfesten Ziegeln isoliert, damit ihr Stahlmantel auf der Umgebungstemperatur gehalten wird und daher keine Wärmedehnungsbewegungen ausführt. Die Erfindung ermöglicht es nunmehr, die Auslaßmittel zu vereinfachen. Die langen, mehrfach gekrümmten Auslaß- bzw. Verbindungsrohre können durch kurze gerade Rohre ersetzt werden· Da solche mehrfach gekrümmten Rohre oder andere Eohre, welche die Reaktionsrohre mit einer Sammelleitung verbinden, aus einer kkostspieligen Legierung hergestellt sein müssen, z.B. aus der unter der gesetzlich geschützten Bezeichnung "Oncoloy 800" erhältlichen Legierung, führt diese Änderung zu einer erheblichen Verringerung des Kapitalaufwandes. Gleich-

fc weitig wird der Druckabfall längs der Auslaßmittel verringert. Die Anordnung mit mehreren getrennten Sammelleitungen, die an eine mit einem feuerfesten Werkstoff ausgekleidete Überführungsleitung angeschlossen sind, kann durch eine einzige Sammelleitung ersetzt werden, die gleichzeitig die Hauptleitung zum Überführen der gesamten ausströmenden Reaktionsprodukte bildet. Somit kann die mit feuerfestem Werkstoff ausgekleidet Überführungsleitung fortfallen, was ebenfalls zu einer Senkung des Kapitalaufwändes und der Wartungskosten führt.

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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert·

Fig. 1 zeigt in einem senkrechten Schnitt einen Ofen mit zwei Brennkammern, von denen jj^ede eine Reihe von stehend angeordneten Reaktionsrohr en enthält.

Pig. 2 zeigt den Ofen nach Fig. 1 in einem im rechten Winkel zur Zeichenebene von Fig. 1 verlaufenden Längsschnitt.

Fig. 3 ist ein waagerechter Schnitt durch den Ofen nach Fig. 1.

Fig. 4 ist ein waagerechter Schnitt durch einen Seil der Reaktionsrohr und zeigt Einzelheiten einer Anordnung, bei der die stehenden Reaktionsrohre zwei Reihen bilden.

Fig. 5 zeigt in einem Teilschnitt Einzelheiten einer Ausführungsform einer Aufhängungskonstruktion·

Fig. 6 ähnelt allgemein Fig. 5» zeifet jedoch eine abgeänderte Ausführungsform von Auslaßmitteln, bei denen die Verbindungen zwischen den Reaktionsrohren und den Verbindungsrohren im Inneren einer Brennkammer angeordnet sind·

In Fig. 1 bis 3 ist eine Konstruktion dargestellt, bei der Reaktionsrohre 11 in Brennkammern 12 stehend angeordnet sind ι die Brennkammern 12 sind mit Strahlungsbrennern 13 für gasförmigeoder flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoffe versehen. Eine Einlaß- bzw. Verteilerleitung 14 ist mit den oberen Enden 15 der Reaktionsrohr β 11 oberhalb der Ofendecke 16 durch mehrfach gekrümmte Einlaßrohre 17 verbunden« Sie unteren Enden 19 der Eeaktionsrohre sind mit einer Auslaßoder Sammelleitung 20 durch gerade Rohre 18 verbunden. Die Sammelleitung 20 dient dazu, die aus den Reaktionsrohren 11 ausströmenden. Produkte einem Abhitzekessel 21 zuzuführen· Bei einer abgeänderten Aueführungsform ist die Sammelleitung

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mit einer nicht dargestellten, senkrecht angeordneten Überströmleitung verbunden, durch welche die ausströmenden heißen Produkte einer weiteren Behandlung zugeführt werden. Der F stpunkt der Auslaß- bzw. Sammelleitung 20 ist am Eingang der Sammelleitung in den Abhitzekessel 21 oder am Eingang der nicht dargestellten Überströmleitung, während sich das andere Ende der Sammelleitung bei einer Erhöhung der Temperatur ungehindert bewegen kann. Um die !Reibungskräfte möglichst weitgehend zu verringern, ruht die Sammelleitung 20 auf gleitend beweglichen Unterstützungen oder auf beweglichen Aufhängungskonstruktionen. Nachdem die Verbrennungsprodukte die Reaktionsrohre 11 erhitzt haben, werden die aus den beiden Kammern 12 über einen gemeinsamen Kanal 22 abgeführt, der sich vom oberen Ende des Ofens aus nach oben erstreckt.

Die in Pig. 1 bis 5 dargestellte Anordnung der senkrechten. Reaktionsrohre 11 kann etwas abgeändert werden. Statt die Reaktionsrohre in einer Reihe anzuordnen, kann man diese Rohre in zwei Reihen anordnen, wobei jedes Rohr der einen Reihe gegenüber der Lücke zwischen zwei Rohren der anderen Reihe angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Zahl der über eine bestimmte Länge der Brennkammer verteilten Reaktionsrohre zu vergrößern, wobei immer noch ein ziemlich großer !Teil der Oberfläche jedes Rohrs unmittelbar der Strahlung der Brennkammerwände ausgesetzt ist.

Pig. 4, 5 und 6 zeigen die Einzelheiten einer erfindungsgemäßen Reaktionsrohr-Aufhängungskonstruktion. Diese Konstruktion ermöglicht es dem unteren Ende jedes Reaktionsrohr«, sich innerhalb eines im wesentlichen ebenen, sich waagerecht erstreckenden Bereiche zu bewegen und hierdurch die Wärmedehnung der Sammelleitung und der Verbindungerohre auszugleichen. Fig. 4 und 5 gelten für einen Ofen, bei dem zwei Reihen von Reaktionsronren 11 in der gleichen Brennkammer angeordnet sind, wobei jed·· Rohr einer Reihe gegenüber der

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Lücke zwischen zwei Rohren der anderen Reihe angeordnet ist} Fig. 6 gilt dagegen für eine Brennkammer, die nur eine Reihe von Reaktionsrohren 11 enthält.

Das gesamte Gewicht jedes Reaktionsrohrs 11 wird von einer Tragstange 31 aufgenommen, die sich an einem Träger abstützt, welcher von einer Schaukel anordnung getragen wird· Diese Schaukelanordnung kann einfache Aufhängungsglieder umfassen, deren Enden gemäß fig. 5 hakenförmig umgebogen sind. Die Aufhängungsglieder können auch durch Ketten ersetzt sein, doch damit es möglich ist, die Reaktionsrohre in senkrechter Richtung zu verstellen, kann jedes Aufhängungsglied zweckmäßig zwei mit je einem Haken versehene Stangen 34 umfassen, die gemäß ELg. 6 in ein Spannschloß 35 eingeschraubt sind· Die Augen 36, in welche die hakenförmigen oberen Enden der Aufhängungsglieder eingehängt sind, sind mit U-Profilen 37 verschweißt, während die mit den hakenförmigen unteren Enden der Aufhängungsglieder zusammenarbeitenden Augen 38 an den Träger 32 angeschweißt sind·

Diese Aufhängungskonstruktionen arbeiten reibungsfrei, so daß sich das untere Ende jedes Reaktionsrohrs 11 innerhalb eines begrenzten Bereichs und in einer nahezu waagerechten Ebene ungehindert in allen Richtungen bewegen kann. Eine seitliche Verlagerung längs cbr Achse des zugehörigen Verbindungsrohrs 18 tritt auf, wenn sich das Verbindungsrohr infolge einer Temperaturerhöhung ausdehnt. Bei einer solchen Ausdehnung eines Verbindungsrohrs 18 im rechten Winkel zur Achse der Sammelleitung 20 wird das betreffende Reaktionsrohr 11 durch zwei das Reaktionsrohr locker umgreifende Ansätze 39 geführt. Diese Ansätze sind an einer iührungsstange 40 befestigt, die sich längs der Reihe von Reaktionsrohren oder bei zwei Reihen von Rohren zwischen diesen Reihen erstreckt· wie es in Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Das aus den Reaktionsroh— ren 11 austretende Gas, das durch die Verbindungsrohre 18 zu der Sammelleitung 20 strömt, erhitzt die gesamte Konstruk-

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tion, auf eine im wesentlichen gleichmäßige Temperatur. Infolgedessen ist die Wärmedehnung der Sammelleitung und der Führungsstange nahezu die gleiche. Das untere Ende des Reaktionsrohrs, das dem Festpunkt der Sammelleitung am nächsten benachbart ist, ist so geführt, daß es keine Längsbewegung ausführen kann. Auf diese Weise ist dafür gesorgt, daß beide Enden Jedes Verbindungsrohrs 18 an der gleichen Strecke verlagert werden, und daß eine Biegebeanspruchung der Verbindungsrohre und ihrer Anschlüsse vermieden ist.

In Fig. 4· ist mit gestrichelten Linien die Wärmedehnung der Sammelleitung 20 und der Führungsstange 40 in der Längsrichtung angedeutet. Die entsprechende Längsbewegung der Reaktionsrohre 11, die durch die Dehnung der Führungsstange 40 herbeigeführt wird, wobei die Reaktionsrohre durch die Ansätze 39 geführt werden, bis in Fig. 4 nicht dargestellt, jedoch ist die seitliche Veröagerung der unteren Enden der Reaktionsrohre, die auf die Wärmedehnung der Verbindungsrohre 18 zurückzuführen ist, mit gestrichelten Linien angedeutet. In Fig. 2 ist die Wärmedehnung der Einlaß- oder Verteilerleitung 14 und der Auslaß- oder Sammelleitung 20 ebenfalls mit gestrichelten Linien angedeutet.

Die Lage der Achsen der stehend angeordneten Reaktionsrohre richtet sich natürlich nach der jeweiligen Temperatur. Es ist jedoch möglich, die Reaktionsrohre so anzuordnen, daß ihre Achsen entweder bei der Umgebungstemperatur oder bei der maximalen Betriebstemperatur oder bei irgendeiner Temperatur zwischen diesen Grenztemperaturen und vorzugsweisebei einer Temperatur in der Nähe der maximal zu erwartenden Temperatur genau senkrecht verlaufen.

Bei der Konstruktion nach Fig. 5 befinden sich die Verbindungerohre 18 außerhalb der Brennkammer, während sie bei der Konstruktion nach Fig. 6 in der Brennkammer angeordnet sind. Die Erfindung ermöglicht es, zwischen diesen beiden

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Anordnungen zu wählen. Die Anordnung der Verbindungsrohren in der Brennkammer wird dann bevorzugt, wenn die Produkte der katalytischen endothermischen Reaktion aus den Reaktionsrohren einer weiteren Behandlungin anderen Rohren oder einer Reaktionsvcrrichtung zugeführt werden sollen, die in der gleichen Ofenkammer oder in einer direkt an sie angeschlossenen zweiten Ofenkammer vorgesehen ist. In diesem Fall ist keine Auslaß- oder Sammelleitung zum Sammeln der gasförmigen Produkte vorhanden, die in den Reaktionsrohren bei den katalytischen endothermischen Reaktion© entstehen. Daher verlagern sich die Eeaktionsrohre nicht in der Längsrichtung, so daß man die führungsstange 40 fortlassen kann. Jedoch ist es auch möglich, die Verbindungsrohre in der Ofenkammer anzuordnen, wenn die ausströmenden Produkte einer außenliegenden Sammelleitung zugeführt werden sollen. In diesem Fall erstreckt sich jedes Verbindungsrohr durch eine Wand der Ofenkammer, und es ist erforderlich, eine an den Reaktionsrohren befestigte Führungsstange vorzusehen.

Die Erfindung ermöglicht es, verschiedene endothermische Reaktionen durchzuführen. Im folgenden werden Beispiele beschrieben, bei denen gasförmige oder flüssige Stoffe in Gegenwart eines Katalysators zur Reaktion mit Dampf gebracht werden.

Beispiel 1

Eine flüssige Kohlenwasserstoff-Fraktion wird zur Reaktion mit Dampf gebracht, um ein Wasserstoff und Kohlenstoffoxide enthaltendes Gas zu erzeugen. Dieser Prozeß wird in Gegenwart eines Nickelkatalysators in einem Ofen ähnlich dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten durchgeführt.

In jeder der beiden Ofenkammern sind je 50 Reaktionsrohre in einer Reihe angeordnet, so daß sich eine Gesamtlänge der Sammelleitung 20 von 15 m ergibt. Die Länge der Verbindungsrohre 18 beträgt 2 m. Wenn diese Rohrkonstruktion von

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der Umgebungstemperatur auf 800° C erhitzt wird, verlängert sich jedes Verbindungsrohr um 29 mm, so daß alle Reaktionsrohre entsprechend in seitlicher Richtung verlagert werden. Gleichzeitig beträgt die gesamte Verlängerung der Sammelleitung 20 etwa 220 mm, so daß sich die Rohranschlüsse in der Längsrichtung entsprechend ihrem Abstand vom Festpunkt der Sammelleitung verlagern. Der erste Anschluß, der dem Festpunkt am nächsten benachbart ist, verlagert sich praktisch nicht, während sich der fünfzigste, von dem i'estpunkt am weitesten entfernte Anschluß um 220 mm verlagert. Da die Anordnung von Abstandhaltern zwischen den unteren Enden der Reaktionsrohr gewährleistet, daß sich die Rohranschlüsse im gleichen Ausmaß in der Längsrichtung verlagern, werden die Verbindungsrohre bzw. ihre Anschlüsse nicht auf Biegung beansprucht.

Bei diesem Beispiel sind die verschiedenen Betriebsparameter, z.B. der Druck, das Verhältnis zwischen Dampf und Kohlenstoff, die Temperatur und die Zufuhr des Kohlenwasserstoffe, so gewählt, daß das erzeugte Gas weiterin Ammoniak-Synthesegas umgewandelt werden kann. Diese weitere Umwandlung spielt sich in einer zweiten Vorrichtung ab, die mit dem I'estpunkt der Sammelleitung 20 durch eine nicht dargestellte senkrechte Überströmleitung verbunden ist.

Beispiel 2

Eine flüssige Kohlenwasserstoff-Fraktion wird in Gegenwart von Dcmpf umgewandelt, um ein Gas zu erzeugen, das Olefine, und zwar im wesentlichen Äthylen und Propylen, enthält. Dieser Prozeß wird in einem Ofen ähnlich dem in fig. bis 3 gezeigten durchgeführt, abgesehen davon, daß die Verbindungsrohre 18 innerhalb der Ofenkammer angeordnet sind, wie es in fig. 6 gezeigt ist. Als Katalysator wird ein Gemisch aus Oxiden verwendet, das Zirkonerd· und Kaliumoxid enthält. Die Betriebsbedingungen und die Abmessungen der Apparatur entsprechen im wesentlichen den bezüglich des Beispiel· 1

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gemachten Angaben. Jedoch ist keine Auslaß- oder Sammelleitung vorhanden, und die Rohre 18 sind mit einer weiteren Vorrichtung verbunden, die in einem zweiten Ofen angeordnet ist, welcher in direkter Verbindung mit dem Ofen steht, der die Reaktionsrohr für die katalytisch^ endothermische Reaktion enthält. Die zweite Vorrichtung und der zweite Ofen sind in den Zeichnungen nicht dargestellt, da sie nicht einen Gegenstand der Erfindung bilden.

Patentansprüche:

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Claims

PAfEEISANSPEUOHi!

1. Ofen zum Durchführen katalytischer endothermischer Reaktionen mit mindestens einer Reihe von im wesentlichen senkrecht in mindestens ^iree Ofenkammer angeordneten Reaktionsrohren, mehrfach gekrümmten Einlaßrohren zum Ausgleichen der Wärmedehnung der Reaktionsrohre, Auslaßmitteln und Aufhängungsmitteln für die in der Ofenkammer angeordneten Reaktionsrohre, dadurch gekennzeichne t, daß die Auslaßmittel mindestens im wesentlichen gerade yerbindungsrohre

(18) umfassen, die sich im wesentlichen im rechten Winkel zu den Reaktionsrohren (11) erstrecken, daß die Aufhängungsmittel für die Reaktionsrohre an den unteren Enden (19) der Reaktionsrohre angeordnet sind und das gesamte Gewicht der Reaktionsrohre tragen, und daß die Aufhängungsmittel eine im wesentlichen reibungsfreie Bewegung der unteren Enden der Reaktionsrohre innerhalb einer im wesentlichen ebenen Zone zmlassen, die so bemessen ist, daß die Wärmedehnungsbewegungen der Auslaßmittel ausgeglichen werden können·

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßmittel zusätzlich mindestens eine waagerechte Sammelleitung (20) umfassen, deren Achse parallel zu der Reihe von Reaktionsrohr en (11) verläuft, daß der Ofen Führungsmittel (59, 40) zum !Uhren der unteren Enden (19) der Reaktionsrohre parallel zu der Sammelleitung umfaßt, und daß diese Führungsmittel im wesentlichen auf der gleichen Temperatur gehalten werden wie die Sammelleitung, so daß sich die unteren Enden der Reaktionsrohre entsprechend der Wärmedehnung

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der Sammelleitung bewegen können, mit der sie durch, die geraden Verbindungsrohre (18) verbunden sind.

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ^nahrungsmittel eine längseiner Reihe von. Reaktionsrohren (11) waagerecht aufgehängte Stange (40) und paarweise angeordnete Ansätze (59) an dieser Stange umfassen, welche Jedes !Reaktionsrohr locker umgreifen·

4. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet , daß die Aufhängungsmittel für jedes Reaktionsrohr (11) eine Schaukelanordnung umfassen, deren oberes Ende am Boden der Ofenkonstruktion befestigt ist, und deren unteres Ende mit einem das Reaktionsrohr unterstützenden träger (32) fest verbunden ist.

5. Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängungsmittel Vorrichtungen (34, 35) umfassen, die es ermöglichen, seäeB einzelne Reaktionsrohr (11) in senkrechter Richtung einzustellen.

6. Ofen nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Auffaängungsmittel im wesentlichen parallel zu den Reaktionsrohren (11) angeordnete Spannschlösser (35) zum Aufhängen jedes einzelnen Reaktionsrohrs umfassen.

7. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsrohre (11) einen Katalysator enthalten, der es ermöglicht, durch Hindurchleiten von Dampf und Kohlenwasserstoffen durch die Reaktionsrohre ein Gas zu erzeugen·

8. Ofen nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß er Katalysator Mittel enthält und das Erzeugnis ein Wasserstoff enthaltendes Gas ist.

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9. Ofen nach. Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, deJ3 der Katalysator Zirkonerde enthält und das Erzeugnis ein Olefine enthaltendes Gras ist·

10. Verfahren zum Durchführen katalytischer endothermischer Reaktionen, dadurch gekennzeichnet , daß die Reaktionen in einem Ofen nach Anspruch 1 durchgeführt werden.

11. Verfahren zum Umwandeln von Kohlenwasserstoffen Gegenwart von Dampf und es Zirkonerde snthaltendsn Katalysators in ein Olefine enthaltendes Gas, dadurch gekennzeichnet , daß das Verfahren in einem Ofen nach Anspruch 1 durchgeführt wird.

12. Verfahren zum Umwandeln "von Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Dampf und eines NickalkataLysators in ein Wasserstoff enthaltendes Gas, dadurch gekennzeichnet , daß das Verfahren in einem Ofen nach .Anspruch 1 durchgeführt wird.

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