DE2551195A1

DE2551195A1 - Waermeaustauscher zum kuehlen von spaltgasen

Info

Publication number: DE2551195A1
Application number: DE19752551195
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Herrmann
Original assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Current assignee: Schmidtsche Heissdampf GmbH
Priority date: 1975-11-14
Filing date: 1975-11-14
Publication date: 1977-05-26
Also published as: JPS5344251B2; DE2551195C3; CS191991B2; JPS52155457A; DE2551195B2; DD127180A5

Description

Wärmeaustauscher zum Kühlen von Spaltgasen
Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher zum Kühlen von Spaltgas mit einem langgestreckten Block aus Doppelrohrelementen, bestehend aus Außenrohren zum Führen einer Kühlflüssigkeit und koaxial zu diesen an.
geordneten Innenrohren zum Führen des abzukühlenden Gases, welche gaseintrittsseitig in eine Gasverteilerkammer münden.
Derartige Wärmeaustauscher werden bei der thermischen Spaltung von gasförmigen und flüssigen Kohlenwasserstoffen zur Gewinnung von Olefinen, wie Äthylen, Propylen usw. zur Kühlung der dabei entstehenden heißen Spaltgase eingesetzt.
Die Weiterentwicklung der modernen Spaltprozesse verlangt Ofenbauformen, welche der Forderung nach extrem kurzen Reaktionszeiten bzw. nach extrem kurzen Verweilzeiten der Prozeßgase in dem Ofen gerecht werden. Durch kurze Reaktionszeiten werden bekanntlich unerwünschte Nebenreaktionen vermieden und somit die Ausbeute an Spaltprodukten wesentlich gesteigert0 Dies gilt insbesondere für die heute in verstärktem Maße eingesetzten Rohstoffe mit hohem Molekulargewicht wie beispielsweise schweres Naphtha oder Gasöl.
Aus diesem Grunde verwendet man neuerdings Spaltöfen mit extrem kurzer Verweilzeit und entsprechend erhöhter Wärmestromdichte bestehend aus kurzen Spaltrohren mit geringem Durchmesser Dies erfordert eine große Anzahl von Einzelrohren, welche in Form eines flachen Rohrschirmes durch den langgestreckten Strahlungsraum des Ofens geführt werden.
Wollte man zur Uh1ung der entstehenden Spaltgase einen konventionellen Spaltgaskühler der eingangs genannten Art verwenden, dessen Gaseintrittskopf mit einer einzigen Gaseintrittsd.ffnung versehen ist (siehe beispielsweiße DT-OS 1 501 686), so müßte man die Spaltrohre des Ofens durch einen in die Gaseintrittsöffnung des KUhlers mündenden Sammler zusammenführen, der entsprechend der Bauweise des Ofens eine beträchtliche länge haben mtißte. Die Verweilzeit des Spaltgases in diesem Sammler und auch in dem Gaseintrittskopf selbst wäre im Verhältnis zu der Reaktionszeit in den Spaltrohren viel zu groß.
Es treten Nachreaktionen ein, welche den Vorteil der kurzen Reaktionszeit im Spalt ofen wieder aufhöben. Bei tem Spaltgaskhhler nach der DT-OS 1 501 686 wäre es außerdem von Nachteil, daß die dort gewählte Gesamtkonstruktion den Zusammenbau des Kühlers sehr erschwert.
Um diese Nachteile zu vermeiden ist es im Prinzip möglich, die einzelnen Spaltrohre des Ofens direkt mit den Innenrohren der Doppelrohrelemente zu verbinden. Eine solche Spaltgaskühlers ist in der DT-8S 2 355 190 schematisch dargestellt. Sie hat aber in der Praxis den großen Nachteil, daß die Anordnung der Doppeirohrelemente genau der Anordnung der Spaltrohre des Ofens entsprechen muß. Dadurch ist es erforderlich, den gesamten Spaltgaskühler von Fall zu Fall in Anpassung an den Jeweiligen Spaltofen neu auszulegen.
Außerdem müssen die einzelnen Spaltrohre des Ofens mit den Innenrohrender Doppelrohrelementre verschweißt werden. Das hat zur Folge, daß eventuelle Reparatur-oder Reinigungsarbeiten an den Kühlelementen nur unter sehr großem Aufwand nach Trennung der Schweißver-, bindung möglich sind.
-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und einen für langgestreckte Spitz Öfen geeigneten Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher die Erzielung extrem kurzer Verweilzeiten der Spaltgase ermöglicht, ferner eine größere konstruktive Flexibilität gegenüber der Anordnung der Spaltrohre des Ofens bietet und außerdem ermöglicht, die Kühlelemente ohne großen Aufwand herauszulösen und zu entfernen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gasaintrittsseitige Gasverteilerkammer des Wärmesustauschers durch einen an den Doppelrohrblock anflanschbaren, wannenförmigen Gaseintrittskopf gebildet ist, der sich auf die Gesamtlänge des Doppelrohrblocks erstreckt und mit einer Anzahl von auf seiner Längsseite verteilt angeordneten Gaseintrittsstutzen versehen ist.
Der Wärmeaustauscher wird an den Spaltofen durch Verschweißen der Gaseintrittsstutzen mit den gasaustrittsseitigen Enden der Spaltrohre des Ofens angeschlossen. Es muß also nur die Anordnung der Gaseintrittsstutzen, nicht aber die der Doopelrohrelemente, mit der Anordnung der Spaltrohre übereinstimmen. Auf diese Weise ist es möglich, den Wärmeaustauscher und insbesondere den Doppelrohrblock unabhängiger von der Jeweiligen Anordnung der Spaltrohre des Ofens auszugestalten, indem er beispielsweise Je nach Bedarf mit einer oder mehreren Doppelrohrreihen versehen wird. Andererseits können sehr kurze Verweilzeiten erzielt werden, weil die aus den Spaltröhren strömenden Gase durch die kurzen Gaseintrittsstutzen und die Verteilerkammer des Gaseintrittskopfes sehr schnell in die Innenrohre der Doppeirohrelemente gelangen können. Die gewählte Bauweise bietet außerdem die Möglichkeit, den Doppelrohrblock ohne großen Aufwand durch Lösen der Flanschverbindung mit dem Gaseintrittskopf zu entfernen, wobei dieser an dem Spaltofen befestigt bleiben kann.
Um die Verweilzeiten der Spaltgase im Wärmeaustauscher noch mehr zu verkürzten wird ferner vorgeschlagen, den Gaseintrittskopf mit einem wärmeisolierenden Material auszukleiden.
Die Erfindung sieht außerdem vor, daß bei WErmeaustauschern der eingangs genannten Art, deren Innenrohre gasaustrittsseitig in eine von einem Gasaustrittskopf gebildete Gassammelkammer miinden, der Gaseintrittskopf und der Gasaustrittskopf ein im wesentlichen identisch ausgebildetes Gehäuse aufweisen. Hierdurch wird eine Vereinfachung der Fertigung erzielt.
Bei Wärmeaustauschern, deren Doppelrohrelemento an ihren Enden mit Sammelrohren zum Zuführen der Kühlflüssigkeit bzw. zum Abführen des entstehenden Dampf-Flüssigkeit-Gemischer verbunden sind, ist es nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Gasverteilerkammer und die Gassammelkammer in an sich bekannter Weise von den Sammelrohren begrenzt sind.
Bei Wärmeaustauschern, deren Sammelrohre mit einer Fallverteilerleitung für die Kühlflüssigkeit bzw. einer Steigsammelleitung für das Dampf-Flüssigkeit-Gemisch verwunden sind, können die Sammelrohre einen ovalen Querschnitt aufweisen und mit der Fallverteilerleitung bzw, der Steigsammelleitung über auf ihrer Länge verteilt angeordnete Rohrkrümmer verbunden sein, welche auf der von dem Gasaustrittskopf bzw. von dem Gaseintrittskopf abgekehrten Seite der Sammelrohre liegen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Sammelrohre einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und mit der Fallverteilerleitung bzw. der Steigsammelleitung über auf ihrer länge verteilt angeordnete, gerade Rohrstücke verbunden sein, welche quer zur Ebene des Doppelrohrblocks liegen.
Je nach geforderter Kühlleistung km der Doppelrohrblock aus einer einfachen oder einer mehrfachen Reihe - insbesondere einer Doppelreihe - von parallel zueinander angeordneten Doppelrohrelementen gebildet sein.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung Der beschrieben.
Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht eines ersten erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers bestehend aus einer Doppelreihe von Doppelrohrelementen mit ovalen Sammelrohren.
Fig. 2 einen Schnitt durch den Wärmeaustauscher aus Fig. 1 entlang der Linie II-II.
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen wärmeaustauscher bestehend aus einer einfachen Reihe von Doppelrohrelementen mit kreisrunden Sammelrohren.
Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Wärmeaustauscher weist einen Doppelrohrblock 1, einen Gaseintrittskopf 2 und einen Gasaustrittskopf 3 auf.
Der Doppelrohrblock 1 setzt sich aus einer langgestreckten floppelreihe von parallel zueinander angeordneten Doppelrohrelementen 4 zusammen. Diese bestehen aus je einem Außenrohr 5 zum Führen von Kühlwasser und je einem koaxial zu ihm angeordneten Innenrohr 6 zum FUhren der abzukuhlenden Spaltgase. Die Außenrohre 5 und die Innenrohre 6 sind reihenweise an ihren Enden mit Je einem geradlinigen ovalen Sammelrohr 7 verbunden Die Außenrohre 5 münden in den Innenraum der Sammelrohre. Die Innenrohre 6 sind durch die Sammeirohre hindurchgeführt, die in Längsrichtung miteinander verschweißt sind.
Der Gaseintrittskopf 2 und der Gasaustrittskopf 3 weisen Je ein wannenförmiges, halbzylindrisch gewölbtes Gehäuse 8 bzw. 9 mit abgerundeten Enden auf. Beide Gehäuse sind identisch ausgebildet und erstrecken sich auf die Gesamtlänge des Doppelrohrblocks 1, an dem sie durch ein Flanschverbindung 10 bzw. 11 befestigt sind.
Das Gehäuse 8 des Gaseintrittskopfes 2 ist mit einer feuerfesten Masse 12 ausgekleidet und bildet eine langgestreckte, durchgehende Gasverteilerkaznmer 13, welche durch die gaseintrittsseitigen Sammelrohre 7 begrenzt ist und in welche die gaseintrittsseitigen Enden der Innenrohre 6 munden Das Gehäuse 9 des Gasaustrittskopfes 3 bildet seinerseits eine ebenfalls langgestreckte, durchgehende Gassanimelkammer 14, welche durch die gasaustrittsseitigen Samnelrohre 7 begrenzt ist und in welche die gasaustrittsseitigen Enden der Innenrohre 6 münden.
Der Gaseintrittskopf 2 weist außerdem auf seiner Längsseite eine Reihe von am Gehäuse 8 gleichmäßig verteilt angeschweißten Gaseintrittsstutzen 15 auf, deren Zwischenabstände so gewählt sind, daß ihre gaseintrittsseitigen Enden mit den gasaustrittsseitigen Enden der Spaltrohre des Ofens übereinstimmen.
Der Gasaustrittskopf 3 ist auf seiner Längsseite mit einer Reihe von verteilt angeordneten Gasaustrittsstutzen 16 versehen, die am Gehäuse 9 angeschweißt sind.
Die ovalen Sammelrohre 7 sind d gasaustrittsseitig mit Je einer Fallverteilerleitung 17 und gaseintrittsseitig mit Je einer Steigsammelleitung 18 über Rohrkrümmer 19 bzw.
20 verbunden, welche auf der von dem Gasaustrittskopf 3 bzw. von dem Gaseintrittskopf 2 abgekehrten Seite der Sammelrohre 7 liegen. Im Bereich der RohrkbUmmer 19 bzw.
20 sind im Doppelrohrblock t die Doppelrohrelemente 4 ausW gespart. Auf diese Weise können die Sammelrohre 7 mit den Fallverteilerleitungen 17 bzw den Steigsammelleitungen 18 unter Umgehung des Gasaustrittskopfes 3 bzw. des Gaseintrittskopfes 2 verbunden werden.
Der Anschluß des beschriebenen Wärmeaustauschers an den nicht dargestellten Spaltofen erfolgt in der Weise, daß die einzelnen Gaseintrittsstutzen 15 mit den einzelnen Spaltrohren des Ofens verschweißt werden.
Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Wärmeaustauschers ist wie folgt: Die aus den Spaltrohren des Ofens austretenden heißen Spaltgase gelangen sehr schnell durch die den Gaseintrittsstutzen 15 und die verhältnismäßig flache, schmale Gasverteilerksmmer 13 in die Innenrohre 6 der Doppelrohrelemente 4, und nach Durchströmen derselben werden durch die Gasaustrittskammer 14, die Gasaustrittsstutzen 16 und eine nicht dargestellte Gassammelleitung abgeführt.
Gleichzeitig strömt Kühlwasser durch die Fallverteilerleitungen 17 und die Rohrkrümmer 19 in die Sammelrohre 7 ein, steigt durch die Außenrohre 5 auf und Kühlt dabei die durch die Innenrohre 6 strömenden Spaltgase. Das Kuhiwasser verdampft dabei teilweise und es entsteht ein Wasser-Dampf-Gemisch, welches über die gasaustrittsseitigen Sammelrohre 7, die Rohrkrümmer 20 und die Steigsammelleitungen 18 abgeführt wird. Das Wasser-Dampf-Gemisch gelangt in ein nicht dargestelltes Dampftrenngefäß, in dem der Dampfteil vom Kühlwasseranteil abgetrennt wird.
Das Kühlwasser fließt dann im Naturumlauf in die Fallverteilerleitungen wieder zurück.
Der in der Figur 3 im Querschnitt dargestellte Wärneaustauscher unterscheidet sich von der Ausführung gemäß den Figuren 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß der Doppelrohrblock aus einer einfachen Reihe von Doppelrohrelementen besteht und die Sammelrohre einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.
Entsprechende Teile sind in beiden Ausführungen mit den gleichen Bezugszahlen versehen. Diese erhalten Jedoch bei der Ausführung gemäß der Figur 3 zusätzlich einen Strich.
Im Unterschied zu der Ausführung gemäß den Figuren 1 und 2 sind hier die Sammelrohre 7' nicht oval, sondern mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet.
Die Verbindung zwischen den Sammelrohren 7' und den Fallverteilerleitungen 17' bzw. den Steigsammelleitungen 18' erfolgt durch gerade Rohrstücke 21, die senkrecht zu der Ebene des Doppelrohrblocks 1' liegen.
Diese Ausbildung des WErmeaustauschers bietet die Köglichkeit, die Verbindungsrohre 21 seitlich herauszuführten, ohne daß einzelne Doppelrohre an diesen Stellen entfallen müssen. Sonst ist die Ausbildung und Arbeitsweise des Wärmeaustauschers identisch mit der des Wärmeaustauschers nach den Figuren 1 und 2 und wird daher nicht näher beschrieben.
Wie die beschriebenen Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 1 bis 3 zeigen, ermöglicht die Erfindung eine flexible Auslegung des Wärmetauschers mit einer einfachen, doppelten oder mehrlagigen bzw. lückenlosen oder Lücken aufweisenden Reihe von Doppelrohrelementen, ohne den Vorteil der extrem kurzen Verweilzeiten der Spaltgase beim Übergang von den Spaltrohren des Ofens zu den Innenrohren des Wärmeaustauschers zu beeinträchtigen.
Darüber hinaus kann der Doppelrohrblock Jederzeit mit vergleichsweise geringem Aufwand abgenommen und wieder eingebaut werden. In den beschriebenen AusfUhrungsbeispielen entspricht die Anordnung der Gaseintrittsstutzen 15 bzw. 15' genau der von den Spaltrohren des Ofens. Es ist aber auch im Rahmen der Erfindung möglich, im Bedarfsfall 2+B. die Spaltrohre paarweise zusammenzuführen und Jedes Spaltrohrpaar mit einem Gaseintrittsstutzen zu verbinden. Wichtig ist ea lediglich dabei, daß die räumliche Anordnung der Spaltrohre und die der Gaseintrittsstutzen nicht wesentlich voneinander differieren.
Der beschriebene Wärmeaustauscher kann auch zur Erleichterung des Transportes und des Ein- und Ausbaus in kürzere, hintereinander angeordnete Einz elkühler aufgeteilt werden.
In den beschriebenen A'usführhngsbeispielen wird der Wärmeaustauscher mit heißem Gas von oben beaufschlagt.
Er kann aber auch bei entsprechender Anordnung des Gaseintrittskopfes und des Gasaustrittakopfes von unten beaufschlagt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Wärmeaustauscher zum Kühlen von Spaltgasen, mit einem langgestreckten Block aus Doppelrohrelementen, bestehend aus Außenrohren zum Führen einer Kühlflüssigkeit und koaxial zu diesen angeordneten Innenrohren zum Führen des abzukühlenden Gases, welche gaseintrittsseitig in eine Gasverteilerkammer munden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteilerkammer (13 bzw. 13') durch einen an den Doppelrohrblock (1 bzw.

1') anflanschbaren, wannenförmigen Gaseintrittskopf (2 bzw. 2') gebildet ist, der sich auf die Gesamtlänge des Doppelrohrblocks erstreckt und mit einer Anzahl von auf seiner Längsseite verteilt angeordneten Gaseintrittsstutzen (15 bzw. 15') versehen ist.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseintrittskopf (2 bzw. 2') mit einem wärmeisolierenden Material (12 bzw. 12') ausgekleidet ist.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dessen Innenrohre gasaustrittsseitig in eine von einem Gasaustrittskopf gebildete Gassammelkammer münden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseintrittskopf (2 bzw. 2') und der Gasaustrittskopf (3 bzw. 3') ein im wesentlichen identisch ausgebildetes Gehäuse (8, 8' bzw. 9, 9') aufweisen.
4. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprtiche 1 bis 3, dessen Doppelrohrelemente an ihren Enden mit Sammelrohren zum Zuführen der Kühlflüssigkeit bzw. zum Abführen des entstehenden Damp£-rlüssigkeit-Gemisches verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasverteilerkammer (13 bzw. 13') und die Gassammelkammer (14 bzw. 14') in an sich bekannter Weise von den Sammelrohren (7 bzw. 7') begrenzt sind.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, wobei die Sammelrohre mit einer Fallverteilerleitung für die Kühlflüssigkeit bzw. mit einer Steigsammelleitung für das Dampf-Flüssigkeit-Gemisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrohre (7) einen ovalen Querschnitt aufweisen und mit der Fallverteilerleitung (17) bzw. der Steigsammelleitung (18) über auf ihrer Länge verteilt angeordnete RohrkrUinmer (19 bzw. 20) verbunden sind, welche auf der von dem Gasaustrittskopf (3) bzw. dem Gaseintrittskopf (2) abgekehrten Seite der Sammelrohre liegen.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, wobei die Sammelrohre mit einer Fallverteilerleitung für die Kühlflüssigkeit bzw. mit einer Steigsammelleitung für das Dampf-Flüssigkeit-Gemisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrohre (7') einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und mit der Fallverteilerleitung (17') bzw. der Steigsammelleitung (18') über auf ihrer Länge verteilt angeordnete, gerade Rohrstücke (21) verbunden sind, welche quer zur Ebene des Doppelrohrblocks (1') liegen.
7. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelrohrblock (1') aus einer einfachen Reihe von parallel zueinander angeordneten Doppelrohrelementen (4') besteht.
8. Wärmeaustauscher nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelrohrblock (1) aus einer Doppelreihe von parallel zueinander angeordneten Doppelrohrelementen (4) besteht.