DE2646691A1

DE2646691A1 - Verfahren und vorrichtung zur kuehlung von spaltgas

Info

Publication number: DE2646691A1
Application number: DE19762646691
Authority: DE
Inventors: Heiner Dipl Phys Dittmann; Hans Peter Dipl Ing Langebach; Markus Dr Ing Raab
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1976-10-15
Filing date: 1976-10-15
Publication date: 1978-04-20
Also published as: NL7707914A; FR2367814B1; FR2367814A1; JPS5350105A; US4188796A; JPS5747949B2

Description

LINÜE AKTIENGESELLSCHAFT

(H 904) 3 H 76/077

Ke/Vo 14.10.1976

Verfahren und Vorrichtung zur

Kühlung von Spaltgas

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung von Spaltgas mit einem KUhlÖl.

Bei Anlagen zur Gewinnung von Äthylen und anderen ungesättigten Kohlenwasserstoffen besteht die Möglichkeit, als

ij 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

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Kühlung unter Erzeugung von Hochdruckdampf soweit rasch abzukühlen, daß bei maximaler Wärmeausnutzung die Entstehung unerwünschter Folgtraktionen 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 insbesnndere 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 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,(DT-OS 20 62 937), aas Kühlöl in die Spaltgasleitung so einzuleiten, daß sich an der Rohrwand ein Film aus Kühlöl bildet.

Dieses bekannte Verfahren weist den Nachteil auf, daß sich an den Stellen, an denen das Kühlöl in Gegenwart des heißen Spaltgases auf die Rohrwand auftrifft, Koksansammlungen bilden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abkühlung von Spaltgas zu entwickeln, bei dem Koksbildung weitgehend vermieden wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Spaltgas einem Kühlölbad zugeführt und unterhalb des Niveauspiegels in das Kühlöl eingeleitet wird.

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Das Zusammentreffen des Kühlöls mit der heißen Gefäßwand in Gegenwart des heißen Spaltgases, das bei herkömmlichen Kühlverfahren überwiegend die Verkokung der Kühlvorrichtung verursacht, w,ird durch die erfindungsgemäße Maßnahme vermieden, da das Verteilsystem, aus dem das Spaltgas ausströmt, vollständig in das Kühlölbad eingetaucht ist. Das erfindungsgemäße Kühlverfahren ist darüber hinaus sehr effektiv, da zwischen den aufsteigenden Spaltgasblasen und dem KUhlölbad ein intensiver Wärme kontakt hergestellt wird.

Durch Variation des FlUssigkeitsstandes in dem

KUhlölbad kann die Kühlleistung des Verfahrens auf einfache Welse vorgegebenen Betriebsbedingungen angepaßt werden. So wird beispielsweise durch eine Erhöhung des Flüssigkeitsstandes der Weg des Spaltgases durch die Kühlflüssigkeit verlängert und somit die Kühlleistung des Verfahrens vergrößert.

Um zu vermeiden, daß Kühlölflüssigkeit in das Leitungssystem eintritt, mit dem das Spaltgas in das KUhlölbad eingeleitet wird, wird das Spaltgas mit einer solchen Geschwindigkeit in das Kühlöl eingeleitet, daß die strömungstechnischen Kenngrößen, Froude- und Weberzahl jeweils größer als vier sind. Die beiden Kenngrößen sind durch folgende Gleichungen definiert-

w². .<?_G

Froudezahl: F = -*-=—yr*

Weberzahl: W =

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Dabei bedeuten:

W. : Spaltgasgeschwindigkeit in Austrittsöffnung

d: Durchmesser bzw. Breite der Austrittsöffnung

g: Erdbeschleunigung

C„t Gasdichte

P_T : FlUssigkeitsdichte

r: Oberflächenspannung der Flüssigkeit.

Außerdem wird vorteilhafterweise durch eine geeignete Wahl der Austrittsöffnungen dafür gesorgt, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Spaltgases in den Austrittsöffnungen größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit in dem Zuleitungssystem. jAuf diese Weise wird mit Sicherheit verhindert, daß Kühlflüssigkeit in die Spaltgaszuleitungsrohre eintritt. Es wurde weiter gefunden, daß durch eine große Austrittsgeschwindigkeit des Spaltgases kleine, im Spaltgas vorhandene Kokspartikel mit dem Spaltgasstrom aus dem Verteilsystem herausgerissen werden. Ferner tritt bedingt durch die große Gasgeschwindigkeit an der Spaltgasaustrittsöffnung für den Fall einer in ihrer Umgebung einsetzenden Koksbildung ein gewisser Selbstreinigungseffekt auf, da durch das schnell ausströmende Gas die ansetzenden Verkrustungen abgerissen werden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird das Spaltgas zu seiner weiteren Abkühlung in eine Kolonne mit Austauschböden eingeleitet. Dabei

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kühlt sich das aufsteigende Spaltgas im Gegenstrom zu abwärts fließendem Kühlöl weiter ab. Die Austauschböden der Kolonne gewährleisten einen innigen Kontakt zwischen Spaltgas und Kühlflüssigkeit und erhöhen somit die Kühlleistung.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine Vorrichtung, bei der in einem Behälter für das Kühlölbad ein Gaszuführsystem mit mindestens einem Spaltgasrohr angeordnet ist, das an seiner Unterseite Austrittsöffnungen aufweist und an einem Ende verschlossen ist. Dadurch, daß das Spaltgas auf mehrere Austrittsöffnungen verteilt in das Kühlöl strömt, wird ein besonders guter Wärmekontakt zwischen Kühlöl und Spaltgas hergestellt.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausbildungsform des Anmeldungsgegenstandes sind die Austrittsöffnungen an der Unterseite des Gaszufuhrsystems runde Bohrungen. Insbesondere bei Rohren unterschiedlichen Durchmessers muß jedoch beachtet werden, daß die Austrittsöffnungen alle auf der gleichen geodätischen Höhenlinie liegen, um bei allen Austrittsöffnungen den gleichen Spaltgasdurchsatz zu gewährleisten.

Es ist Jedoch auch möglich, anstelle der Bohrungen die Rohre mit einem Längsschlitz zu versehen, aus dem das Spaltgas, austreten kann. Durch eine derartige Maßnahme wird der Gefahr der Verstopfung des Zufuhrsystems durch im Spaltgas vorhandene Kokspartikel wirksam begegnet. Der Bnsatz eines derartigen Systems

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ist insbesondere dann angezeigt, wenn aufgrund spezieller Verfahrensbedingungen in dem Einsatzgas bereits vor der erfindungsgemäßen Kühlung Kokspartikel enthalten sind. In diesem Fall ist die Gefahr der Verlegung der Austrittsöffnungen durch diese Kokspartikel gering.

Soll das Spaltgas, wie oben beschrieben, zur weiteren Abkühlung in einer Kolonne mit Austauschböden in Kontakt mit der Kühlflüssigkeit gebracht werden, so wird vorteilhafterweise die Kolonne direkt über dem Kuhlölbad angeordnet. Der Übergang zwischen dem Behälter für das KUhlölbad und der Kolonne wird durch ein kegelstumpfförmiges Übergangsstück bewerkstelligt. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn in dem Übergangsstück ein Verteilereinsatz angeordnet ist. Durch desen Verteilereinsatz wird ein Teil des herabfließenden Kühlöls an die Wand des Behälters für das KUhlölbad geleitet und bildet somit an dieser Behälterwand einen zusammenhängenden Ölfilm. Durch diesen Ölfilm werden die Behälterwände des Kühlölbades vor Verkokung geschützt. Dies ist von entscheidender Bedeutung für das erfindungsgemäße Kühlverfahren, da in unmittelbarer Nähe über dem KUhlölbad die Temperatur des Spaltgases aufgrund sich ändernder Betriebsbedingungen zeitweilig noch so hoch sein kann, daß Koksansamralung an den Wänden nicht vollkommen ausgeschlossen werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert:

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* Es zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße SpaltgaskUhlvorrichtung im Längsschnitt;

Figur 2 einen Querschnitt längs der Schnittlinie II-II von Figur Ij

Figuren Schnitte längs der Schnittlinien III-III bzw. 3 und 4

IV-rV der Figur 2;

Figur 5 eine Vorrichtung wie in Figur 1, doch mit einem leicht unterschiedlichen Leitungssystem zum Einleiten des Spaltgases;

Figuren Schnitte längs der Schnittlinien VI-VI bzw. 6 und 7

VII-VII der Figur 5;

Figur 8 die Anordnung einer Kolonne über der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.

|i ■ Figur 1 zeigt einen Behälter 1 mit Kühlöl. Der

;' Niveauspiegel des Kühlöls ist durch die Gerade 2 angedeutet.

Zu kühlendes Spaltgas strömt über Leitung 3 in die Kühlvorrichj
tung ein und wird auf die im Durchmesser kleineren Rohre 4 (Fi-

gur 2) verteilt. Die Rohre 4 und 3 sind an ihren Enden verschlossen und weisen an ihren Unterseiten Austrittsöffnungen auf, durch die das Spaltgas in das KUhlöl einströmt. Insgesamt sind etwa Austrittsoffnungen vorgesehen. Frisches KUhlöl strömt über Leitung 5 in den Behälter 1 ein. Das KUhlöl wird nach seine r Er-

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ΊΟ . ,erwärmung über den Stutzen 6 aus dem Behälter 1 abgezogen. Um den aus den Rohren 3 und 4 bestehenden Spaltgasverteilereinsatz zu Wartungszwecken aus dem Behälter 1 herausnehmen zu können, sind die Stutzen 7 und 8 vorgesehen. Die Rohre 4 v/erden von dem Rohr zu diesem Zweck abgeschraubt. Danach kann der Spaltgasverteilereinsatz durch die Stutzen 7 und 6 entnommen werden.

Die Figuren 3 und 4 zeigen die Rohre 3 und 4 im Querschnitt. Die Austrittsöffnungen für das Spaltgas sind mit 9 und 10 bezeichnet.

Die in den Figuren 5 bis 7 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der oben beschriebenen im wesentlichen durch folgende Merkmale»

Das Spaltgasverteilungssystem besteht aus zwei parallelen Rohren

11 und II¹. Ali Austrittsöffnungen für das Spaltgas weist jedes Rohr an seiner Unterseite einen zusammenhängenden Längsschlitz

12 urti 12 ^f auf (Figur 7).

Figur 8 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Kombination mit einer Kolonne. Über die Zuführleitungen 13, 14 und 15 wird frisches KUhIöl in die Kühlvorrichtung eingeführt. Das zu kühlende Spaltgas tritt über Leitungssystem 16 in das KühlcSlbad unterhalb des Niveauspiegels des Kühlöls in dieses ein. Das Verteilungssystem 16 kann wie in Figur 1 oder wie in Figur 5 dargestellt, ausgebildet sein. Das zu kühlende Spaltgas, das aus dem Verteilungssystem 16 austritt und in dem KUhlölbad aufperlt.

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strömt über ein kegelstumpfförmiges Übergangsstück 17 in die Kolonne 19 ein und wird dort in direktem Wärmekontakt mit herabfließendem Spaltgas gekühlt. Durch Austauschböden 20 wird der Wärmekontakt zwischen Kühlöl und Spaltgas verstärkt. Das gekühlte Spaltgas verläßt die Kolonne 19 über den Stutzen 21. Das in der ! Kolonne 20 abwärts fließende Kühlöl wird mit Hilfe des Verteilungseinsatzes 18 an die WSnde des Behälters des Kühlölbades geführt und gleitet an diesen in Form eines ülfilmes in das Kühlölbad, wo es zur Kühlung des aus dem Verteilungssystem 16 austretenden heißen Spaltgas dient.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll das folgende Zahlenbeispiel dienen.

Von einem Pyrolyseofen kommend strömt Spaltgas

ο
(Massenstromdichte ca. 30 kg/cm .s) mit einem Druck von

1,6 bar und einer Temperatur von 850 K über das Rohr 16 (Figur 8) i| in die Kühlvorrichtung ein. Über die Rohrleitungen IjJ, 14 und 15

i| werden 120 nrVh Kühlöl eingeleitet. Als Kühlöl wird eine Kohlen-

■] Wasserstoffmischung mit einen mittleren Molekulargewicht von

,' 290 verwendet. Dank des kegel stumpf for mige η Yerteilungseinsatij zes 18 wird das aus der Kolonne 19 herabströmende Kühlöl ι; (ca. 20 rrr/h) gleichmäßig auf die Behälterwand des Kühlölbades ' verteilt, so daß sich ein gleichmäßiger Ölfilm von ca. 3 mm Dicke

j bildet. Das Spaltgas hat, wenn es aus dem Kühlölbad austritt, eine

j Temperatur von 540 K erreicht. Danach wird es in der Kolonne 19 weiter bis auf 470 K abgekühlt.

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Kühlung von Spaltgas mit einem Kühlöl, dadurch gekennzeichnet, daß das Spaltgas einem Kühlölbad zugeführt und unterhalb des Niveauspiegels (2) in das KUhlöl eingeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintritt des Spaltgases in das Kühlöl mit einer solchen Strömungsgeschwindigkeit erfolgt, daß Proude- und Weberzahl jeweils größer als vier sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem KUhlölbad austretende Spaltgas in eine Kolonne (19) mit Austauschböden (20) eingeleitet und im Gegenstrom mit KUhlöl gekühlt wird.

i4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem dar An sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Behälter (1) für das KUhlölbad ein GaszufUhrungssystem mit mindestens einem Spaltgasrohr angeordnet ist, das an seiner Unter seite Austrittsöffnungen (9, 10, 12) aufweist und an einem Ende verschlossen 1st.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen runde Bohrungen (9, 10) sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen aus einem oder aus mehreren Längsschlitzen (12, 12') bestehen.

7. Vorrichtung sum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolonne (19) über dem Kühlölbad angeordnet und mit einem kegelstumpfförmigern Übergangsstück (17) mit dem Behälter (1) für das Kühlölbad verbunden ist, wobei in dem Übergangsstück ein kegelßtumpfförmiger Verteilcreinsatz (18) so angeordnet ist, daß zwischen dem Übergangsstück (17) und dem Verteilereinsatz (IcS) ein geringer Abstand besteht.

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