DE2413752C3

DE2413752C3 - Vertikalrohrofen zur Herstellung von Äthylen durch Krackung

Info

Publication number: DE2413752C3
Application number: DE2413752A
Authority: DE
Inventors: Yoahiaki Osaka Nagamine
Original assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Petrochemical Industries Ltd; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1973-03-22
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1981-10-15
Also published as: FR2222421B1; JPS5223632B2; FR2222421A1; DE2413752A1; JPS49120871A; GB1468391A; US3947326A; DE2413752B2; IT1007380B

Description

Die Erfindung betrifft einen Vertikalrohrofen zur Herstellung von Äthylen durch Krackung mit einer Brennkammer mit mehreren senkrechten Reaktionsrohren und mit einem symmetrisch im Heizgasaustritt angeordneten Konvektionsabschnitt für die Vo>-erwärmung des Arbeitsmediums.

Es ist ein in F i g. 1 schematisch dargestellter Vertikalrohrofen für eine Krackanlage bekannt (US-PS 32 30 052), bei dem jedes Reaktionsrohr 6 durch eine Hebeeinrichtung 15 aufgehängt ist, an deren anderem Ende ein Gewicht 16 hängt, wobei die Reaktionsrohr 6 durch mehrere Brenner 14 befeuer» werden, die in der Seitenwand der Brennkammer 1 vorgesehen sind. Das Verbrennungsgas wird in einen Konvektionsabschnitt 2 eingeführt, der versetzt zu der Brennkammer angeordnet ist, wo die Wärme des Gases zurückgewonnen wird.

Im folgenden werden die Nachteile dieser bekannten Ausführungsform der Brennkammer einer Krackanlage beschrieben.

Der Strom des Verbrennungsgases von der Brennkammer 1 zum Konvektionsabschnitt 2 ist kein gleichmäßiger Strom. Es wird ein turbulenter Surom zwischen der Brennkammer und dem Konvektionsabschnitt 2 erzeugt, da dieser unsymmetrisch angeordnet ist. Somit sind eine gleichmäßige Temperaturverteilung und eine gleichmäßige Verteilung des Gasstromes des Verbrennungsgases am Einlaß des Konvektionsabschnitts 2 schwer zu erzielen. Folglich ist die Temperatur des Fluids, d. i. die fließende Beschickung in jedem Heizrohr des Konvektionsabschnitts 2 verschieden von der Temperatur der anderen Heizrohre am Auslaß davon. Das Fluid mit unterschiedlicher Temperatur an jedem Heizrohr wird in das entsprechende Reaktionsrohr 6 eingeleitet. Somit wird die Regelung der Temperatur des Fluids in jedem Reaktionsrohr schwierig. Da ferner die Strömung des Verbrennungsgases am oberen Abschnitt der Brennkammer turbulent ist, ist eine Regelung der Gastemperatur auf einen bestimmten Wert schwierig.

Da das Verbrennungsgas die Hebeeinrichtung 15, einen Umkehrbogen 19 und den oberen Abschnitt, des Reaktionsrohrs überstreicht, müssen diese Teile aus hochwertigem, hitzebeständigem Stahl hergestellt werden.

Falls eine Anzahl von Feuerungskainmern für eine Krackanlage für Äthylen vorgesehen ist, ist ein großer Aufstellungsplatz erforderlich.

Es ist ferner ein symmetrisch aufgebauter Vertikalrohrofen bekannt (US-PS 18 71 937), bei dem jedoch eine Hebeeinrichtung für die senkrechten Reaktionsrohre fehlt, so daß bis auf den symmetrischen Aufbau kein Zusammenhang mit der Erfindung besteht

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Vertikalrohrofens der eingangs angegebenen Art, Dei dem die oben angegebenen Nachteile beseitigt sind und

ίο die Befeuerung der senkrechten Reaktionsrohre in der Brennkammer gleichmäßig erfolgt

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine in an sich bekannter Weise gestaltete, in einem durch einen Boden, Seitenwände und eine Decke begrenzten Raum angeordnete Hebeeinrichtung für die in der Brennkammer zentral angeordneten Reaktionsrohre unterhalb des Konvektionsabschnittes angeordnet ist, und daß Gasdurchlässe außerhalb des Raumes symmetrisch zu der Ebene vorgesehen sind, in der die Reaktionsrohre liegen, welche die Brennkammer mit dem Konvektionsabschnitt verbinden.

Eine derartige Ausbildung des Vertikalrohrofens ergibt den Vorteil, daß sich die Auslaßtemperatur des Arbeitsmediums am Konvektionsabschnitt einfach regeln läßt und vor allem konstant gehalten werden kann. Folglich ist auch die Temperatur des Arbeitsmediums in den Reaktionsrohren konstant.

Anhand der Zeichnung wird im folgenden beispielsweise eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt der Brennkammer eines bekannten Vertikalrohrofens für eine Krackanlage;

Fig.2 einen Längsschnitt der Brennkammer des Vertikalrohrofens nach der Erfindung;

F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie I-I von F i g. 2; und

F i g. 4 eine Anordnung einer großen Anzahl von Brennkammern einer Krackanlage.
Gemäß Fig.2 und 3 ist ein Konvektionsabschnitt 2 oberhalb einer Brennkammer 1 angeordnet. Die Brennkammer I ist im waagerechten Schnitt rechteckig und weist Seitenwände 9, eine Decke 25, einen Boden 28 und Abschlußwände 30 auf, die aus feuerbeständigem Material hergestellt sind. Diese Brennkammer ist in ihren Bauteilen symmetrisch aufgebaut. Mehrere Brenner 14 sind in den Seitenwänden 9 vorgesehen, um die Reaktionsrohre 6 zu befeuern, die in einer oder zwei Reihen in der Mitte der Brennkammer der Krackanlage angeordnet sind. Jedes Reaktionsrohr 6 ist an einer Hebeeinrichtung 15 aufgehängt, die im Eingriff mit dem Umkehrbogen 19 und dem Gewicht 16 steht. Das Gewicht 16 und das zur Verbindung dienende Drahtseil sind in dem Raum vorgesehen, der durch die wärmebeständigen Wände umschlossen wird, die aus der Decke 25, dem Boden 26 des Konvektionsabschnitts 2 und den Wänden 27 bestehen. Außerhalb des Raumes sind zwei Kanäle 3 für das Verbrennungsgas angeordnet, die durch die Wände 30, 29, 31, 25, 27 und 26 gebildet werden, und zwar symmetrisch zu der Ebene, in der die Rohre 6 liegen.

Im Konvektionsabschnitt 2 befinden sich mehrere waagerechte Rohre 7, die in vier Gruppen aufgeteilt und an den Enden durch Umkehrbögen in jeder Gruppe miteinander verbunden sind. Um den Wärmewirkungsgrad der Brennkammer einer Krackanlage zu verbessern, sind ein Ekonomiser und ein Dampfüberhitzer 8 oberhalb der Gruppen der horizontalen Rohre 7 vorgesehen.

Das Verbrennungsgas, das durch den Überhitzer 8 geströmt ist, strömt durch eine KJappe 5 und eine Leitung 4 und wird in die Umgebung ausgestoßen. Die wie oben beschrieben angeordnete Brennkammer einer Krackanlage wird durch einen Rahmen 17 gestützt.

Das Fluid für den Betrieb wird in den Konvektionsabschnitt 2 an jeder Gruppe der horizontalen Rohre 7 zum Vorwärmen des Fluids durch Rohrleitungen 20 eingeleitet. Das vorgewärmte Fluid wird in die Reaktionsrohre 6 eingeleitet, indem sie durch Obergangsleitungen 18 geführt wird. Des Fluid wird in den Reaktionsrohren 6 gekrackt Die Reaktionsprodukte werden über Auslaßrohrleitungen 21 und Sammelrohrleitungen 22 einer Abschreckvorrichtung 23 zugeführt.

Falls eine Anzahl von Brennkammern für eine Krackanlage vorgesehen ist, werden die Abschreckvorrichtungen 23 zwischen den Brennkammern angeordnet, wie es in Figur gezeigt ist, und werden alle Brennkammern durch den Rahmen, der Stützen 17, Träger 32 und eine Verstrebung 24 aufweist, gesiützt.

Da das Verbrennungsgas in der Brennkammer symmetrisch strömt und symmetrisch in den Konvektionsabschnitt geleitet wird, wird das Fluid in allen waagerechten Rohren 7 am Ausgang der Konvektionskammer gleichmäßig hoch erhitzt. Im praktischen Betrieb mit einem Vertikalrohrofen, mit dem in der Stunde 12 000 kg Naphta gespalten werden können, das mit 87°C zugeführt wird, betrug die Temperatur am Ausgang aus den vier waagerechten Rohren 654°, 646°, 648° und 655⁰C, im Mittel 650,75°C. Die maximale Abweichung von der Mitteltemperatur liegt mit Sicherheit unter ±10° C. Bei dem eingangs genannten Vertikalrohrofen, bei dem der Konvektionsabschnitt versetzt zur Brennkammer angeordnet ist, wie in F i g. 1 dargestellt, weichen die Temperaturen in den einzelnen Rohren sehr viel stärker voneinander ab und betragen 650°C ± 30°C. Mit diesen stark unterschiedlichen Temperaturen tritt das Fluid in die Reaktionsrohre ein.

Wie die Messungen der Temperaturverteilung im Verbrennungsgas zeigen, liegen die Temperaturen — sowohl beim bekannten wie beim erfindungsgemäßen Vertikalrohrofen — nahe an den Brennern bei 1250° bzw. 1350° C, nahe am Reaktionsrohr nicht ganz bei 1100° C. Dort, wo sich der Verbrennungsgasstrom beim erfindungsgemäßen Ofen am Ausgang aus der Brennkammer teilt, liegen sie zwischen 1150° und 118O⁰C, nahe der Hebeeinrichtung noch etwas niedriger. Bei dem bekannten Ofen, bei dem der Verbrennungsgasstrom unsymmetrisch geführt ist, strömt Gas von hoher Temperatur von 1200° bis 1250°C quer am oberen Ende der Reaktionsrohre vorbei zum Konvektionsabschnitt nach rechts im Sinne der Fig. 1, so daß die Hebeeinrichtung von heißem Gas umströmt ist. Am Eintritt in den Konvektionsabschnitt, wo die — in Fi g. 1 nicht gezeichneten — waagerechten Rohre liegen, ist die Temperatur sehr ungleichförmig verteilt.

Bei dem erfindungsgemäßen Ofen trägt zur gleichmäßigen Temperaturverteilung im Konvektionsabschnitt bei, daß die Gasströme in den Kanälen 3 beim Eintritt in den Konvektionsabschnitt aufeinanderprallen und sich gegenseitig verwirbeln. So tritt das Ffuid gleichmäßig und erhitzt in die Reaktionsrohre ein, aus denen es am unteren Ende mit einer konstanten Temperatur von 818° C austritt. Die konstante Temperatur erlaubt eine optimale Steuerung des Krackprozesses.

Da die Brennkammer symmetrisch gebaut ist, dehnt sich der Rahmen 17 gleichmäßig unter dem Einfluß der Wärme der Verbrennung aus. Die thermische Beanspruchung der Stützen, Träger und dergl. braucht deshalb bei der Auslegung des Rahmens nicht beachtet werden. Es wurde ermittelt, daß ein großer Vertikalrohrofen zum Herstellen von 400 000 t Äthylen im Jahr mit 2100 bis 2400 t Stahl gebaut werden kann, wenn er gemäß der Erfindung ausgelegt wird, während für einen Ofen herkömmlicher Bauweise 2800 bis 3000 t Stahl nötig wären. Das bedeutet eine beträchtliche Ersparnis an Stahl. Hinzu kommt der geringere Platzbedarf aufgrund der symmetrischen Bauweise, wenn mehrere Brennkammern vorgesehen werden müssen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vertikalrohrofen zur Herstellung von Ätlhylen durch Krackung mit einer Brennkammer mit mehreren senkrechten Reaktionsrohren und mit einem symmetrisch im Heizgasaustritt angeordneten Konvektionsabschnitt für die Vorwärmung des Arbeitsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß eine in an sich bekannter Weise gestaltete, in einem durch einen Boden (25), Seitenwände (27) and eine Decke (26) begrenzten Raum angeordnete Hebeeinrichtung (15,16) für die in der Brennkammer (1) zentral angeordneten Reaktionsrohre (6) unterhalb des Konvektionsabschnittes (2) angeordnet ist, und daß Gasdurchlässe (3) außerhalb des Raumes symmetrisch zu der Ebene vorgesehen sind, in der die Reaktionsrohre (6) liegen, welche die Brennkammer (1) mit dem Konvektionsabschnitt (2) verbinden.