DE2320872B2 - Röhrenofen - Google Patents

Description

3. Röhrenofen nach Anspruch 1 oder 2, da- hitzt werden, und der Verweilzeit der Kohlenwasserdurch gekennzeichnet, daß die Rohre (6, 7) im stoffe beeinflußt, und zwar in der Weise, daß die wesentlichen senkrecht angeordnet sind. Ausbeute von beispielsweise Äthylen bei der Kom-

4. Röhrenofen nach einem der Ansprüche 1 bination von erhöhter Temperatur und kurzer Verbis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre 25 weitaeit ansteigt. Die kurze Verweilzeit hat zur Folge, (6, 7) in einer langgestreckten, im Querschnitt daß der Sekundärzerfall von primär gebildeten, gedoppel-T-förmigen Brennkammer (2) angeordnet wünschten Produkten, wobei unerwünschte Reaksind, die aus einem zentralen, im Querschnitt tionen zu höhermolekularen Produkten ablaufen, rechteckigen Raum (10) und zwei an dessen zurückgedrängt wird.

Stirnseiten anschließenden und quer zu diesem 30 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, liegenden, ebenfalls im Querschnitt rechteckigen einen Röhrenofen der beschriebenen Art zu entRäumen (11) besteht. wickeln, der bei geringem Aufwand eine kleinere

5. Röhrenofen nach Anspruch 4, dadurch ge- Verweilzeit bzw. ein höheres Durchsatzvolumen zukennzeichnet, daß die Rohre (6) mit größerem läßt.

Querschnitt im zentralen Raum (10) und die 35 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geRohre (7) mit kleinerem Querschnitt in den zu löst, daß jeweils zwei Rohre nach Durchlaufen eines dem zentralen Raum (10) querliegenden Räumen Teiles der Strahlungszone zu einem Rohr mit ent-(11) angeordnet sind. sprechend größerem Querschnitt vereinigt sind.

Da die Gesamtoberfläche zweier Rohre bestimm-40 ten Querschnitts größer ist als die Oberfläche eines

Rohres mit entsprechend größerem, d. h. in diesem

Fall doppelten Querschnitt, weist die Rohranordnung vor der Vereinigung eine größere Heizfläche

Die Erfindung betrifft einen Röhrenofen für die auf. Da weiterhin die übertragene Wärmemenge dithermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen, ins- 45 rekt proportional der Heizfläche ist, wird bei gleicher besondere zur Herstellung von hauptsächlich Äthy- Temperatur mehr Wärme auf die Kohlenwasserstoffe len enthaltenden Kohlenwasserstoffgemischen, mit übertragen, so daß eine Verkürzung der Verweilzeit Rohren zur Führung bereits angewärmter Kohlen- bzw. eine Steigerung des Durchsatzvolumens mögwasserstoffe durch eine Strahlungszone, wobei die lieh ist.

Strahlungszone durch eine beheizte Brennkammer 50 Die auf den Einsatz zu übertragende Wärmegebildet ist und die Rohre in der Strahhingszone menge und damit die Heizflächenbelastung bleibt schlangenartig angeordnet sind. nicht über die gesamte Rohrlänge konstant. Vielmehr

Es sind bereits Röhrenöfen für die thermische ist der Betrag der zu übertragenden Wärmemenge Spaltung von Kohlenwasserstoffen, z. B. von Naph- am Eintritt des Einsatzes in die Brennkammer am tha, bekannt, die eine durch eine Brennkammer ge- 55 größten und fällt dann bis zum Ende des Rohres, bildete Strahlungszone enthalten, deren Wände und d. h. bis zum Ausgang der Spaltprodukte, ab.
deren Boden mit Brennern zum Beheizen der Kam- Demzufolge ist der Anmeldungsgegenstand vor-

mer versehen sind. Innerhalb der Strahlungszone teilhafterweise derart weitergebildet, daß der Quersind die die Kohlenwasserstoffe führenden Rohre schnitt der Einzelrohre in Strömungsrichtung der schlangenförmig oder gerade aufgehängt. Oberhalb 60 Kohlenwasserstoffe zunimmt. Damit wird erreicht, der Strahlungszone ist eine Konvektionszone ange- daß die Kohlenwasserstoffe anfangs infolge der ordnet, in der die Kohlenwasserstoffe, bevor sie in größeren Heizfläche sehr schnell Wärme aufnehmen den Rohr der Strahlungszone gespalten werden, und dann mit ansteigendem Rohrquerschnitt mit durch Verbrennungsgase auf eine Temperatur, bei nahezu konstanter, nur leicht ansteigender Tempeder noch keine merkliche Spaltung auftritt, vorgeheizt 65 ratur den Ofen durchlaufen. Die Kohlenwasserstoffe werden (»Industrial and Engineering Chemitry«. werden somit schon am Eintritt fast bis zur maxi-VoI. 59, Nr. 5, Mai 1967, S. 72 und 73; DT-OS mal zulässigen Temperatur aufgeheizt, was eine er-07 012; »Erdöl und Kohle-Erdgas-Petrochemie«, heblich bessere Spaltwirkung bedeutet, während bei

der konventionellen Bauart mit konstantem Rohrquerschnitt über die ganze Rohrlänge diese maximale Temperatur erst am Austritt des Ofens erreicht wird.

Sehr zweckmäßig ist es äußere· im, wenn die Rohre im wesentlichen senkrecht angeordnet sind.

Um eine optimale Ausnutzung des verfügbaren Platzes zu erreichen, ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn die Rohre in einer langgestreckten, im Querschnitt doppel-T-förmigen Brennkammer angeordnet sind, die aus einem zentralen, im Querschnitt rechteckigen Raum und zwei an dessen Stirnseiten anschließenden und quer zu diesem liegenden, ebenfalls im Querschnitt rechteckigen Räumen besteht.

Bezüglich einer günstigen Temperaturverteilung über die Rohrlänge ist der Anmeldungsgegenstand auch derart weitergebildet, daß die Rjhre mit größerem Querschnitt im zentralen Raum und die Rohre mit kleinerem Querschnitt in den zu dem zentralen Raum quer liegenden Räumen angeordnet sind. In dem folgenden Zahlenbeispiel sind die Betriebsergebnisse des erfindungsgemäßen Röhrenofens denjenigen eines konventionellen Röhrenofens gegenübergestellt:

	Konven	Er-
	tioneller	findungs-
	Röhrenofen	g^mäßer
		Röhren
		ofen
Einsatzprodukt	Naphtha	Naphtha
Verhältnis von Wasserdampf	0,5	0,5
zu Naphtha
Durchsatz/Rohrschlange, kg/h	3406	3406
Maximale Rohrwand	1027	1014
temperatur, 0C
Austrittsdruck, ata	1,9	1,9
Verweilzeit, Sek.	0,5	0,36
C2H4-Ausbeute,	23,3	24,1
Gewichtsprozent

Ein Vergleich der Betriebsergebnisse der beiden Öfen zeigt, daß bei gleichem Durchsatz die Verweilzeit beim erfindungsgemäßen Ofen um etwa 28°/o kleiner ist als beim konventionellen Ofen. Trotzdem ergibt sich bei einer um 13° C niedrigeren Rohrwandtemperatur noch eine größere Äthylenausbeute.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand des in den F i g. 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen Röhrenofens,

F i g. 2 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Röhrenofens,

F i g. 3 schematisch die Rohrführung und Rohrvereinigung,

F i g. 4 den Temperaturverlauf über die Rohrlänge. Zur besseren Übersicht sind ähnliche Teile in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In F i g. 1 ist ein Röhrenofen 1 mit einer Brennkammer 2 dargestellt, deren Wände 3 und deren

ίο Boden 4 mit Brennern 5 versehen sind. Innerhalb der Brennkammer 2 sind Rohre 6, 7 schlangenförmig und senkrecht angeordnet. Die Rohre 6 weisen einen größeren Querschnitt auf als die Rohre 7, die über schematisch angedeutete Verbindungsrohre 8 von einem außerhalb der Brennkammer 2 liegenden Zulaufrohr 9 gespeist werden.

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt des Röhrenofens 1 mit einer langgestreckten doppel-T-förmigen Brennkammer 2, die aus einem zentral angeordneten,

ao rechteckigen Raum 10 und zwei an dessen Stirnseiten angrenzenden und quer zu diesen liegenden, ebenfalls rechteckigen Räumen 11 besteht. Die Rohre 7 mit dem kleineren Querschnitt sind in dem zentralen Raum 10 quer liegenden Räumen 11 angeordnet und werden in Richtung zum Ofenzentrum zu Rohren 6, die in dem zentralen Raum 10 angeordnet sind, größeren Querschnitts vereinigt. Der Einfachheit halber sind nur zwei verschiedene Rohrquerschnitte gezeichnet.

In F i g. 3 ist die Rohrzusammenführung und die Strömungsrichtung der Kohlenwasserstoffe schematisch dargestellt. Die Kohlenwasserstoffe strömen in Richtung der Pfeile 12 in jeweils zwei Rohren 7, die in Slrömungsrichtung zu einem Rohr 6 mit entsprechend größerem Querschnitt vereinigt sind. Die gespaltenen Kohlenwasserstoffe verlassen den Röhrenofen in Richtung der Pfeile 13.

Fi g. 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Temperatur T der Kohlenwasserstoffe über die Rohrlänge L aufgetragen ist. Die Kurve α gibt hierbei den Temperaturverlauf bei der konventionellen Bauart, also bei einem Rohr mit konstantem Querschnitt, wieder, während die Kurve b den Temperaturverlauf bei der erfindungsgemäßen Rohrvereinigung zeigt. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, wird schon kurz hinter dem Eintritt der Kohlenwasserstoffe eine sehr hohe Temperatur erreicht, die dann bis zum Austritt der Kohlenwasserstoffe aus dem Röhrenofen nur noch wenig bis zur Endtemperatur ansteigt.

Auf diese Weise werden die verwendeten Rohrwerkstoffe über die gesamte Rohrlänge nahezu gleich hoch beansprucht, und es besteht an keiner Stelle die Gefahr, wie etwa am Rohrende gemäß der konventionellen Bauart, daß die Beanspruchung die zulässigen Werte überschreitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

14. Jahrgang, Mai 1961, Nr. 5, S. 350; »Chem&er-

Patentansprüche: Zeitung«, 95. Jahrgang [1971], Nr. 3, S. 137; »Linde

Berichte aus Technik und Wissenschaft«, Heft 23, 1. Röhrenofen für die thermische Spaltung von 1967, S. 15).

Kohlenwasserstoffen, insbesondere zur Herstel- 5 Bei diesen bekannten Röhrenofen besitzen die in lung von hauptsächlich Äthylen enthaltenden der Strahlungszone angeordneten Rohre entlang Kohlenwasserstoffgemischen, mit Rohren zur ihrer gesamten Länge einen konstanten Querschnitt. Führung bereits angewärmter Kohlenwasserstoffe In der Strahlungszone ist somit die Oberfläche und durch eine Strahlungszone, wobei die Strahlungs- damit auch die Heizfläche pro Längeneinheit eines zone durch eine beheizte Brennkammer gebildet io Rohres konstant. Damit ist aber auch die bei konist und die Rohre in der Strahlungszone schlan- stanter Temperatur pro Längeneinheit übertragbare genartig angeordnet sind, dadurch gekenn- Wärmemenge, also die Heizflächenbelastung, ebenzeichnet, daß jeweils zwei Rohre nach Durch- falls konstant. Dies wiederum hat zur Folge, daß laufen eines Teiles der Strablungszone zu einem innerhalb der Strahlungszone die Temperatur der Rohr mit entsprechend größerem Querschnitt 15 Kohlenwasserstoffe relativ langsam steigt, was in vereinigt sind. nachteiliger Weise zu einer relativ hohen Verweilzeit

2. Röhrenofen nach Anspruch 1, dadurch ge- der Kohlenwasserstoffe in der Strahlungszone bzw. kennzeichnet, daß der Querschnitt der Einzel- zu einem kleinen Durchsatzvolumen führt.

rohre in Strömungsrichtung der Kohlenwasser- Die Spaltwirkung wird jedoch wesentlich von der

stoffe zunimmt. so Temperatur, auf welche die Kohlenwasserstoffe er-