DE2617772C2 - Vorrichtung zum Abkühlen eines Spaltgasstromes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abkühlen eines Spaltgasstromes mit eine.Ti Rohr, welches in mindestens einer zu seiner Längsachse senkrechten Ebene Eintrittsöffnungen für ein Kühlöl aufweist.

Bei Anlagen zur Gewinnung von Äthylen und anderen ungesättigten Kohlenwasserstoffen besteht die Möglichkeit, als Einsatzstoff für den Pyrolyseprozeß Erdölfraktionen zu verwenden, die einen höheren Siedebereich aufweisen als Naphtha. Die Verwendung von z. B. Gasöl als Einsatz für die Pyrolyse bereitet jedoch nicht unerhebliche technische Probleme. Bei der Pyrolyse von Naphtha und leichteren Einsatzstoffen ist es üblich, den Spaltgasstrom nach Austritt aus dem Spaltofen durch indirekte Kühlung unter Erzeugung von Hochdruckdampf soweit rasch abzukühlen, daß bei maximaler Wärmeausnutzung die Entstehung unerwünschter Folgereaktionen weitgehend vermieden wird. Die weitere Abkühlung erfolgt in der Regel durch direktes Einsprühen von aus dem Spaltprozeß erzeugtem Öl. Es hat sich jedoch gezeigt, daß insbesondere die Abkühlung von Gasölspaltgas zu starker Polymerisat- und Koksbildung bereits bei hohen Temperaturen führt. Die Wärmeabfuhr durch indirekte Kühlung ist wegen der kurzen Betriebszeiten der Wärmetauscher (Verkokung) nur begrenzt oder — bei sehr schweren Einsatzstoffen — überhaupt nicht möglich. Die Wärmeabfuhr erfolgt deshalb zum größten Teil unter ausschließlich durch direktes Einsprühen von Öl. Dabei fördert insbesondere das Auftreffen der Kühlöltropfen auf der Rohrwand in Gegenwart des heißen Spaltgases die Koksbildung. Es ist daher bereits bekannt (DE-OS 20 62 937), das Kühlöl in die Spaltgasleitung so einzuleiten, daß sich an der Rohrwand ein Film aus Kühlöl bildet.

Die bekannten Vorrichtungen zum Einleiten des Kühlöls in den Spaltgasstrom weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie keine vollkommen gleichmäßige Ausbildung des Ölfilmes gewährleisten und infolgedessen eine teilweise Verwirbelung des Kühlöls und somit Koksbildung auftritt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abkühlen eines Spaltgasstromes der eingangs erwähnten Art zu entwickeln, bei der Koksbildung nahezu vollständig vermieden und das Absetzen von Koks in der Spaltgasleitung verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über den Eintrittsöffnungen im Inneren des Rohres konzentrisch zu diesem ein Mantel angeordnet ist, der an seiner in bezug auf den Spaltgasstrom stromaufwärts gelegenen Oberkante dicht mit dem Rohr verbunden ist Es wurde nämlich erkannt, daß die Koksbildung hauptsächlich an den Grenzlinien stattfindet, an denen die drei Medien Kühlö!, heißes Spaltgas und Rohrwand zusammenstoßen. Unter dem mantelförmigen Ringraum, welcher eine Weite von 5 bis 40 mm, vorzugsweise 25 mm aufweist, ka.in sich ohne Störung durch den Spaltgasstrom ein Kühlölfilm ausbilden. Erst dann, wenn der Ölfilm vollständig und gleichmäßig ausgebildet ist, tritt er in Kontakt mit dem heißen Spaltgasstrom. Das ,gleichzeitige Zusammentreffen der drei Medien Kühlöl, heißts Spaltgas und Rohrwand wird verhindert, da die Rohrwand durch den Ölfilm zu dem Zeitpunkt, da das Spaltgas mit dem Kühlölfilm in Kontakt tritt, vollständig abgedeckt ist. Somit gelingt es mit Hilfe der erfindlungsgernäßen Vorrichtung, die Bildung und das Festsetzen von Koks zu unterbinden.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausbildungsform des Anmeldungsgegenstandes wird das Spaltgasrohr vertikal angeordnet, da sich hierdurch der Kühlölfilm besonders gleichmäßig ausbilden kann.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Zuführleitungen für das Kühlöl näherungsweise tangential zu der Rohrwand des Spaltgasstromes angeordnet sind. Durch das tangentiale Einführen des Kühlöles wird dieses besonders schnell längs des ganzen Rohrumfanges verteilt, so daß schnell ein zusammenhängender Ölfilm entsteht.

Die Einführung des Kühlöles in der erfindungsgemäßen Weise kann je nach vorgegebenen Temperaturbedingungen an weiteren Stellen des Spaltgasrohres wiederholt werden, um den Ölfilm zu verlängern und von neuem zu stabilisieren. In einem Abstand von etwa 2 bis 3 Rohrdurchmessern von der letzten Kühlöleinführungsstelle wird das Spaltgasrohr verengt. Dabei wird das Kühlöl mit dem Spaltgas verwirbelt, wodurch ein intensiver Kontakt und Wärmeaustausch zwischen beiden Substanzen hergestellt wird. Da das Spaltgas durch den Kühlölfilm bereits vorgekühlt ist, besteht trotz der Verwirbelung keine Verkokungsgefahr. Das kegelstumpfförmige Übergangsstück der Rohrverengung sollte einen Neigungswinkel zwischen 18 und 25°, vorzugsweise 22,5° aufweisen, um eine optimale Verwirbelung zu gewährleisten.

Dadurch, daß die Wände durch einen gleichmäßigen Ölfilm geschützt sind, kann ohne Verkokungsgefahr — gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Anmeldungsgegenstandes — zusätzlich Kühlöl parallel zum Spaltgasstrom eingesprüht werden. Zu diesem Zweck eignet sich eine Kühlölleitung, welche vorzugsweise an einer Kniestelle des Spaltgasrohres so in dieses eingeführt ist, daß sie an ihrem ausgangsseitigen Ende konzentrisch zur Achse des Spaltgasrohres verläuft. Um zu vermeiden, daß sich auf dem Außenmantel dieser Leitung infolge des großen Temperaturunterschiedes zwischen Spaltgas und Kühlöl Koksansammlungen bilden, wird diese Kühlölleitung mit einem abgeschlosse-

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ncn Überrohr versehen, welches mit einem wärmeisolierenden Gas gefüllt oder evakuiert ist Diese Vorrichtung zur zusätzlichen Einsprühung von Kühlöl sowie die Vorrichtungen zur Erzeugung des Ölfilms sind infolge ihrer leichten Ausbaubarkeit leicht zu reinigen oder auszutauschen.

Um auch bei großen abzukühlenden Epaltgasmengen die angestrebte Kühlwirkung zu erzielen, wird der Spaltgasstrom zweckmäßigerweise auf mehrere parallelgeschaltete erfindungsgemäße Kühlvorrichtungen verteilt. Hierdurch entsteht der weitere Vorteil, daß bei Wartungsarbeiten nicht die gesamte Anlage abgestellt werden muß, sondern durch Schließen von entsprechenden Ventilen nur eine Kühlvorrichtung außer Betrieb genommen wird, während die restlichen Kühlvorrichlungen weiterarbeiten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im folgenden anhand eines in vier Schemazeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung der F i g. 1 längs der Schnittlinie H-II in vergrößertem Maßstab;

F i g. 3 eine Detailzeichnung aus F i g. 1;

F i g. 4 einen Querschnitt durch die Vorrichtung entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig.3 in vergrößertem Maßstab.

Gleiche Teile sind in den Fig. 1 bis 4 mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein Spaltgasrohr 1, das einen Durchmesser vca 300 mm aufweist, erweitert sich durch ein kegelstumpfförmiges Übergangsstück 2 auf 400 mm. Über diesem erweiterten Spaltgasrohr ist ein zweites Rohr (Durchmesser 450 mm) konzentrisch angeordnet, so daß ein Ringraum 4 entsteht. In diesem Ringraum münden drei tangential angeordnete Zuleitungen 8 für das Kühlöl. In einem Abstand von 1100 mm ist über das Rohr 3 ein weiteres Rohr 5 rr.it einem Durchmesser von 500 mm angeordnet, so daß ein weiterer Ringraum 6 entsteht, in den wiederum drei tangentiale Kühlölleitungen 8 münden. Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung wird das Spaltgasrohr in einem Abstand von ca. 1100 mm von der oberen Kante des letzten Ringraumes auf einen Durchmesser von 300 mm verengt. Das kegelstumpfförmige Übergangsstück 7 hat gegenüber der Rohrachse einen Neigungswinkel von 22,5°.

In Fig.2 sind drei tangential verlaufende Zuführleilungen 8 für das Kühlöl zu erkennen. Durch diese Zuführleitungen, die eine lichte Weite von 40 mm aufweisen, wird das Kühlöl erfindungsgemäß in den Ringraum 6 geleitet, wo sich ohne Störung durch den Spaltgasstrom ein zusammenhängender gleichmäßiger Ölfilm ausbilden kann.

In F i g. 3 ist eine Zuführleitung 9 für Kühlöl zu erkennen. Diese Zuführleitung mündet etwas unterhalb des ersten Ringraumes 4, so daß das an ihrem unteren Ende 10 ausströmende Kühlöl dank des an der Rohrwand 3 abfließenden Ölschutzfilmes nicht mit der Rohrwand in Berührung kommen kann. Die Zuführleitung 9 ist mit einem abgeschlossenen Überrohr 11 umgeben, welches mit einem isolierenden Gas gefüllt oder evakuiert sein kann. Durch die wärmeisolierende Wirkung des Überrohres 11 wird dort die Koksablagerung vermieden. Nach Lösung der Verschraubung 12 kann die Kühlölleitung9samt Überrohr 11 zu Wartungszwecken aus dem Spaltgasrohr 1 gezogen werden.

In F i a. 4 ist ein Metallkömer 13 zu erkennen, der am Ende der Zuführleitung 9 angeordnet isL Durch diesen Metallkörper 13 wird das Kühlöl im Spaltgasrohr 3 versprüht

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll das folgende Zahienbeispiel dienen.

Von einem Pyrolyseofen strömt Spaltgas (Massenstromdichte ca. 30 kg/m²s) mit einer Geschwindigkeit von 55 m/s, mit einem Druck von 1,6 bar und einer Temperatur von 850 K in die Kühlvorrichtung (Rohr 1) ein. Über die Zuleitungen 8 werden in den Ringraum 4 10 bis 20 kg/s Kühlöl eingeleitet. Die gleiche Menge wird in den Ringraum 6 eingeführt. Dadurch bildet sich an den Rohrwänden 3 und 5 ein Ölfilm von ca. 5 mm Dicke aus. Über Leitung 9 werden zusätzlich 25 bis 30 kg/s Kühlöl in den Spaltgasstrom eingesprüht Als Kühlöl wird eine Kohlenwasserstoffmischung mit einem mittleren Molekulargewicht von 290 verwendet. Das Spaltgas, das bei Punkt 14 die Kühlvorrichtung verläßt, hat sich auf ca. 500 K abgekühlt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abkühlen eines Spaltgasstromes mit einem von dem Spaltgas durchströmten Rohr, das in mindestens einer zu seiner Längsachse senkrechten Ebene Eintrittsöffnungen für ein Kühlö! aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Eintrittsöffnungen im Inneren des Rohres (3, 5) konzentrisch zu diesem ein Mantel angeordnet ist, der zusammen mit dem Rohr einen Ringraum (4, 6) bildet, daß die Zuführleitungen (8) für das Kühlöl näherungsweise tangential in das Rohr (3,5) münden und daß eine mindestens an ihrem Ende konzentrisch mit der Rohrachse verlaufende Zuführleitung (9) für ein Kühlöl vorgesehen ist, deren Mündung etwa in Höhe der Unterkante des in bezug auf den Spaltgasstrom am weitesten stromaufwärts gelegenen zylindrischen Mantels oder stromabwärts von diesem liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (3,5) vertikal angeordnet ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) in seinem in bezug auf den Spaltgasstrom stromabwärts gelegenen Ende eine Verengung aufweist, wobei das kegelstumpfförmige Übergangsstück einen Neigungswinkel zwischen 18 und 25° gegenüber der Rohrachse aufweist.