DE2163988C3

DE2163988C3 - Vorrichtung zur Herstellung von Olefinen

Info

Publication number: DE2163988C3
Application number: DE2163988A
Authority: DE
Inventors: Yoshihito Abe; Hyogo Kobe; Toshiji Omori; Yuji Onishi; Takehiko Sato; Kazuyasu Suehiro; Mie Yokkaichi
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1970-12-29
Filing date: 1971-12-22
Publication date: 1978-09-07
Also published as: GB1332426A; DE2163988B2; NL170431C; RO69722A; US3763262A; SU670232A3; NL7118072A; HU165830B; PL90338B1; FR2120113B1; IT945836B; JPS4811682B1; FR2120113A1; NL170431B; DE2163988A1

Description

F i g. 2 zeigt bei (I) eine Abwandlung der oben beschriebenen Ausführungsfonn in vertikaler Anordnung. Die Röhren H₁, H₁ sind jeweils megaphonfönnig angeordnet, wobei sich der Rohrdurchmesser nach oben allmählich erweitert. Die Röhren H₁, H_t sind mit den Enden der Erhitzungsröiyen B₁, B₁ verbunden, die wiederum in eine zweikanalige Einlaßöffnung des Verbindungsstücks C münden, das die Form eines umgekehrten Y aufweist. Eine weitere Ausführungsfonn ist in F i g. 2 (II) dargestellt. Sie hat ein dreikanaliges Einlaßverbindungsstück C mit einer horizontal angeordneten Heizvorrichtung A.

Das Herstellen von Olefinen mit Hilfe der oben beschriebenen Vorrichtungen weist jedodj die folgenden Nachteile auf: Der in dem Verbindungsstück C auftretende Druckverlust in dem Gasstrom und der Innendruck in der Vorrichtung sind so groß, daß die Ausbeute an brauchbaren Olefinen gering ist Lange Verweilzeiten des Gases in dem Röhren-Verbindungsstück C, der Einlaßkammer F usw. führen zu einer übermäßigen Crackung und damit zu verminderter Ausbeute an gewünschten Olefinen. Ferner tritt eine Verkokung auf Grund der Fließbedingungen oder thermischen Bedingungen in dem röhrenförmigen Verbindungsstück C auf und behindert unter Umständen die reibungslose Durchführung der Herstellung. Da das röhrenförmige Verbindungsstück C umständlich zu kontruieren ist und große Abmessungen aufweist, stellt es immer einen Bestandteil der Vorrichtung mit mangelnder thermischer und mechanischer Festigkeit dar. Feste Carbide und Teer sammeln sich nicht am Boden dieser Kammer an, sondern lagern sich an den Innenwänden des Einlasses der Kühlröhren G ab und verstopfen diese.

F i g. 3 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung, die diese Nachteile beseitigt.

Von einem Crackofen 1 strömen Crackgase 2 durch Crackröhren 3 in einen Kühler 4.

Der Kühler 4 weist im unteren Teil eine durch Gehäuseteile 5, 6 und eine Wärmeisolierung 7 gebildete Gaseinlaßkammer 8 auf. In die Gaseinlaßkammer 8 münden jeweils durch eine Muffe 9 gehaltene Röhren 10, deren Querschnitt sich gegen die Auslaßöffnung hin vergrößert. Diese Röhren 10 weisen am Hinterende Flansche 11 zur Verbindung mit den Flanschen 12 der Crackröhren 3 aui. Ein Raum 13 zwischen den Gehäusen 5, 6 ist ringförmig in Form eines konzentrischen Kreises oder einer konzentrischen Ellipse in bezug auf die zentrale Achse des Kühlers ausgebildet.

Als Teil des Gehäuses 5, welcher die Gaseinlaßkammer 8 bildet, dient ein mit horizontalen Stufen versehener Boden 14. Ferner ist ein toter Raum 15 im Zentrum der Gaseinlaßkammer 8 angeordnet. Wie bereits erwähnt, nimmt die Oberfläche des abgestuften Bodens 14 wenigstens 10% der Querschnittsfläche der Kammer 8 ein, gemessen im rechten Winkel zur Fließrichtung der Gase.

In der oben beschriebenen Vorrichtung fließen die Crackgase 2 durch die nach oben sich erweiternden Rohre 10, den Raum 13 und die Gaseinlaßkammer 8 in die Kühlröhren 16. Die Gase werden dann mittels eines Wärmeaustauschers, dessen Mantel 17 im Inneren mit flüssigem Kühlmittel beschickt ist, abgekühlt.

Während der stufenförmige Boden 14 in der Darstellung gemäß F i g. 3 horizontal angeordnet ist, ist es auch möglich, eine Stufe entweder im Winkel Θ zur Horizontale oder nach außen geneigt oder auf beide Arten anzuordnen, vorausgesetzt, daß die Oberfläche der Stufe eine stabile Ablagerung von festem Koks od. dgl. ermöglicht.

Auf Grund der oben beschriebenen Konstruktionsmerkmale weist die Vorrichtung die folgenden Vorteile bei der Herstellung von Olefinen auf:

Erstens wird durch die Weglassung des bisher verwendeten Verbindungsstücks jeder Gasdruckverlust auf Grund des Zusammenleitens der Gasströme

ίο vermieden, der Druckverlust zwischen den Auslaßenden der Heizröhren 3 und dem Kühler 4 wird vermindert, und ferner wird der Abstand zwischen den Röhren verringert und damit die Verweilzeit zwischen den beiden Röhren, wodurch jede unerwünschte Sekundärreaktion vermieden werden kann. Zweitens wird der Druckverlust der Gase vor dem Eintritt in die Gaseinlaßkammer 8 beträchtlich verringert, da sich die Fließgeschwindigkeit der Gase erstmalig in den sich nach oben erweiternden R.öhren

ao 10, welche in Verbindung mit der Gaseinlaßkammer stehen, verringert. Obwohl ähnliche Röhren wie die Röhren 10 der Heizvorrichtung A gemäß der bekannten Vorrichtung gemäß F i g. 2 (I) verwendet werden, weist diese Anordnung den Nachteil auf, daß die Gase

»5 eine große Verweilzeit nach dem Durchleiten durch die megaphonartigen Röhren aufweisen und nicht rasch gekühlt werden können.

Drittens ist die Gaseinlaßkammer so konstruiert, daß die Geschwindigkeit der Crackgase in dem Kammerraum auf ein brauchbares Maß verringert werden kann. Darüber hinaus kann das den toten Raum 15 bildende Distanzstück jede gewünschte Form aufweisen, durch welche eine einheitliche Verteilung der Gasfließgeschwindigkeit in die einzelnen Kühlröhren 16 gewährleistet ist

Viertens wird durch den mit horizontalen Stufen versehenen Boden 14, welcher wenigstens 10 % und vorzugsweise 30 bis 60% der Querschnittsfläche der Gaseinlaßkammer 8, gemessen im rechten Winkel zur Fließrichtung der Gase ausmacht, erreicht, daß die Koksteilchen, welche von den Erhitzungsröhren wegfliegen, aus dem Gasstrom ausfallen und sich an dem stufenförmigen Teil ablagern und dort gesammelt werden können, an Stelle erneut in den Gasstrom eingemischt zu werden. Hierdurch werden die üblichen Ursachen der Verstopfung der Einlaßenden der vielen Kühlröhren 16 durch Koks oder Teer und damit eine Verstopfung des Gasdurchflusses sowie ein Zurückfließen der Ausfallprodukte in die Heizrohren 3 verhindert. Diese werden dann bei der regelmäßigen Wartung der Anlage entfernt.

Noch ein weiterer, mit der Fortlassung eines Rohrverbindungsstücks verbundener Vorteil beruht auf der erzielten großen mechanischen Festigkeit. Beispielsweise brechen Rohrverbindungsstücke aus Metallguß leicht durch thermische Beanspruchung. Bei der erläuterten Vorrichtung tritt kein derartiges Problem auf, und die Herstellungskosten der Vorrichtung sind auf Grund der Weglassung eines derartigen Gußstücks verringert.

Im folgenden wird nun das Arbeiten mit der Vorrichtung zum Herstellen von brauchbaren Olefinen im Verglich zu einem Beispiel einer herkömmlichen Vorrichtung beschrieben, wobei die erhaltenen Ergebnisse in der folgenden Tabelle aufgeführt sind.

Bei der bekannten Vorrichtung, wie sie in Spake A in der Tabelle wiedergegeben ist, werden die Ausbeuten an gecrackten Gasen durch die Drucksteigerung in

den Crackröhren in Verbindung mit einer entsprechend staiken Drucksteigerung am Auslaß des Crackofens bzw. einer Drucksteigerung in den Einlaßöffnungen der Kühlröhren auf Grund der Zersetzung von Koks an den Röhren nachteilig beeinflußt. Ferner sind die erforderlichen Entkokungsintervalle auf Grund der Zunahme der Verkokungsgeschwindigkeit an den Wärmeübertragungsröhren und der dadurch bedingten Zunahme der Geschwindigkeit, mit welcher die Oberflächentemperatur der Reaktionsröhren steigt, verkürzt. Andererseits ist aus Spalte B der Tabelle ersichtlich, daß bei der neuen Vorrichtung sowohl die mengenmäßige Druckzunahme am Auslaß des Ciackofens und die Zunahme der Oberflächentemperatur der Crackröhren verringert sind und die Entkokungsintervalle mehr als doppelt so lang sind wie bei der bekannten Vorrichtung. Was die Ausbeute an brauchbaren Olefinen betrifft, so ist es bei der neuen Vorrichtung möglich, die Ausbeute an C₂H₄ um etwa 15%, die Ausbeute an C₈H, um etwa 8% und die Ausbeute an 1,3-Butadien um etwa 16% zu steigern.

Arbeitsbedingungen	Einheiten	Beispiel B
	Beispiel A	neue Vor
	herkömm	richtung
	liche Vor
	richtung

Druckzunahme am Auslaß 0,008 0,002

des Crackofens
(kg/cm² Tag)

Temperaturzunahme an der 1,5 0,8

Oberfläche der Crackröhren
(°C/Tag)

Entkokungsintervall (Tage) 40 90
Ausbeute (Gewichtsprozent)

(1) CH₁ 17,0 15,0

(2) C₁H₁ 24,0 27,(5

(3) C₃H₆ 14,3 15,5 ao (4) 1,3 Butadien 3,0 3,5

(5) BTX 14,0 14,0

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Patentansprüche- entsprechende Steuerung des Crackgasstromes in der ' Vorrichtung und die Bereitstellung definierter Ab-

1. Vorrichtung zur Herstellung von Olefinen lagerungssteilen für die Ausscheidungsprodukte ergibt durch thermische Spaltung von Kohlenwasser- Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angestoffen in einer Vielzahl von Crackröhren und 5 gebene Erfindung gelöst. Zweckmäßige Ausgestal-Kühlen des erhaltenen Crackgases in einem tungen sind in den Unteransprüchen angegeben, einzigen, aus mehreren Röhren bestehenden Verti- Man erkennt, daß hier die Gase von jeder Crackkalkühler, gekennzeichnet durch meh- röhre über eine besondere Röhre oben allmählich rere thermische Crackröhren (3), je eine Röhre (10) zunehmenden Durchmessers je für sich einer Gaseinmit nach oben allmählich zunehmendem Durch- io laßkammer zugeführt werden, die unten einen Stufenmesser, die jeweils mit den thermischen Crackröhren boden hat und an der oben die Kühlröhren anschließen. (3) verbunden ist, einen aus mehreren Röhren Durch die gesonderte Führung der einzelnen Gasbestehenden indirekten Kühler (4) mit vertikal ströme ist eine Verwirbelung vermieden und eine gute angeordneten Kühlröhren (16) und eine Gaseinlaß- Kontrolle des Crackvorganges möglich. Besondere kammer (8) im unteren Teil des Kühlers (4), die 15 Bedeutung kommt der Gaseinlaßkammer zu: Infolge nach oben mit den Kühlröhren (16) und nach der stufenförmigen Ausbildung der Einlaßverbindung unten mit den Röhren (10) zunehmenden Durch- für die einzelnen Gasströme tritt hier eine Geschwindigmessers verbunden ist, und wobei der Boden (14) keitsverminderung und ein Druckabfall ein, so daß der Gaseinlaßkammer (8) jeweils eine Stufe bildet, sich die Teerprodukte und Koks abscheiden und dabei die an der Einlaßverbindung der unten anschließen- so auf dem Stufenboden ablagern. Es kommt also weder den Röhren (10) beginnt. zur Verstopfung der Kühlröhren, noch zu einer

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Verstopf ung der der Gaseinlaßkammer vorgeschalteten kennzeichnet, daß die Gaseinlaßkammer (8) im Teile. Man kann so über lange Zeiträume kontinuier-Zentrum mit einem toten Γ ".um (15) versehen ist lieh und mit guter Ausbeute arbeiten. Ist die Gas- und die Röhren (10) zunehmenden Durchmessers as einlaßkammer als Ringraum mit zentralem toten den toten Raum umgeben. Raum ausgebildet, so sind die Einlaßverhindungen im

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Ringraum rings um den toten Raum herum verteilt, kennzeichnet, daß der abgestufte Boden (14) der Eine Verwirbelung der von den einzelnen Rohren Gaseinlaßkammer (8) wenigstens 10 % der Quer- nach oben zunehmenden Durchmessers zugeführte \ schnittsfläche der Kammer, gemessen in rechtem 30 Gasströme unterbleibt dabei. Die Gase werden nach \ Winkel zur Fließrichtung der Crackgase, einnimmt. der Abscheidung der Feststoffe durch Geschwindig- \

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- keitsverminderung und Druckabfall gleichmäßig auf kennzeichnet, daß der abgestufte Boden (14) der die Kühlröhren verteilt. Die Querschnittsfläche des | Gaseinlaßkammer (8) wenigstens teilweise nach abgestuften Bodens beträgt zumindest 10% der ■ außen geneigt ist. 35 Querschnittsfläche der Kammer, vorzugsweise aber \

30 bis 60% dieser Fläche. Die Stufe wirkt so ent- \

sprechend der obigen Erläuterung gut entmischend und kann die ausgeschiedenen Teilchen leicht auf-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nehmen. Ist der abgestufte Boden der Gaseinlaßzur Herstellung von Olefinen durch thermische Spal- 40 kammer wenigstens teilweise nach außen geneigt, so \

tung von Kohlenwasserstoffen in einer Vielzahl von wird dieser Effekt noch wirkungsvoll unterstützt. \

Crackröhren und Kühlen des erhaltenen Crackgases in In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise

einem einzigen aus mehreren Röhren bestehenden veranschaulicht, es zeigen _;

Vertikalkühler. F i g. 1 und 2 (I bzw. II) bekannte Vorrichtungen

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art (DE-AS 45 zur Herstellung von Olefinen,

944, 12 20 409 und 12 29 068) geht das Crack- F i g. 3 einen Schnitt durch eine Ausführungsform

rohr in einen sich nach oben kegelförmig erweiternden der Erfindung und
Gaseinlaßraum für den Kühler über. An den Kühler F i g. 4 (I und II) Einzelheiten abgewandelter |

ist also ein einziges Crackrohr über einen sich nach Ausführungsformen des abgestuften Bodens der \

oben erweiternden Trichter mit zum Crackrohr hin 50 erfindungsgemäßen Gaseinlaßkammer. *

hängenden Wänden zugeordnet. Die Entspannung F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform einer bekannten !

und Verwirbelung der Gase im Bereich dieses Trichters Vorrichtung. Bei dieser Vorrichtung werden die ein- S

erschwert eine Einflußnahme auf den Grad der Crak- geführten Gase thermisch in zwei Erhitzungsröhren ί

kung und führt überdies an dieser Stelle zu Ab- B₁, B_t zersetzt, welche in einer Crack-Heizvorrichtung Scheidungen. Treten diese am unteren Ende der 55 (Crackofen) A angeordnet sind. Die Ströme der Kühlrohre ein, so werden die Kühlrohre verlegt. gecrackten Gase werden durch ein die Form eines Treten sie an den Wänden des Trichters ein, so führt umgekehrten Y aufweisendes Verbindungsstück C das zu einer Verlegung des Crackrohres selbst, da die zu einem einzigen Strom vereint, und der vereinte Abscheidungen an dieser Stelle wegen der schräg Strom wird dann durch ein gerades Einlaßrohr D in zum Crackrohr hin hängenden Wände des Trichters 60 eine Gaseinlaßkammer F eines Kühlers E geleitet, nicht gesammelt werden können. Die Vorrichtung Von der Einlaßkammer F verzweigt sich der Strom muß deshalb häufig gewartet werden. Die Wartung der gecrackten Gase in mehrere Kühlrohre G, in ist schwierig. Es kann schwer kontinuierlich gearbeitet welchen die Gase rasch mit einem Kühlmittel, z. B. werden. Die Ausbeute an den gewünschten Olefinen ist Wasser, abgekühlt werden. Das Einlaßrohr D besteht unterschiedlich und kann schlecht gesteuert werden. 65 aus einem geraden Rohr mit einem kreisförmigen

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Vorrich- Querschnitt, während die Einlaßgaskammer F axialtung so auszugestalten, daß sich ein kontinuierlicher, symmetrisch in Form eines Rotationsellipsoids oder sut steuerbarer Ablauf für die Crackung durch eines Konus ausgebildet ist.