DE2920860A1 - Dampfpyrolyse von kohlenwasserstoffen sowie crack-heizkoerper zu deren durchfuehrung - Google Patents
Dampfpyrolyse von kohlenwasserstoffen sowie crack-heizkoerper zu deren durchfuehrungInfo
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- C10G2400/20—C2-C4 olefins
Description
PATENTANWALT
Akte 3392
2?r Mai 1979
isiono
6800 MANNHEIM 1 , Seckenheimer Str. 36a, Tel. (0621) 406315
Posticheckkonto: Frankfurt/M Nr. 8393-603
Bank: Deutsche Bank Mannhelm Nr. 72/00066
Te Iegr. - C οd·: Gerpat
Telex 463570 Par* D
THE LTJMf/US COMPANY
1515 Broad Street
Bloomfield, N.J. o7oo3 / USA
Dampfpyrolyse von Kohlenwasserstoffen sowie Crack-Heizkörper zu deren Durchführung
909850/0B29
-y- ζ
Die vorliegende Erfindung betrifft die Dampfcrackung (Pyrolyse)
von Kohlenwasserstoffen, insbesondere ein neues und verbessertes Verfahren sowie einen Heizkörper zur Durchführung der Dampfcrackung
von Kohlenwasserstoffen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und Heizkörpern für die Dampfcrackung
von Kohlenwasserstoffen wird das für das Verfahren benutzte Schlangenrohr innen mit einem Einsatz versehen, so daß
innerhalb der Arbeitsschlange eine Strahlungsabsorptionsoberfläche entsteht. Gemäß der Erfindung wird durch Verwendung eines solchen
Einsatzes der Wärmefluß durch die Röhrenwand gesteigert und die erforderliche Verweildauer sowie auch die innere Röhrenwandtemperatur
kann vermindert werden, während die äußere Röhrenwandtemperatur unverändert bleibt.
Der Einsatz ist so konstruiert und in der Schlangenröhre angeordnet,
daß eine Strahlungsabsorptionsoberfläche entsteht, damit der Wärmefluß gesteigert wird, ohne daß die Temperatursenkung nachteilig
wächst. Der Einsatz ist im allgemeinen und vorzugsweise am Ausgang der Arbeitsschlange angeordnet, da die intensivste Pyrolyse
am Schlangenausgang erfolgt.
Der Rohreinsatz hat vorzugsweise die Form eines zentralen Teils, der sich im Abstand von der inneren Röhrenwand befindet und nach
außen erstreckte Arme oder Flügel trägt, welche die innere Röhrenwand berühren oder beinahe berühren; es wurde gefunden, daß eine
derartige Anordnung eine Wärmeabsorptionsoberfläche liefert, durch
welche man eine gewünschte Steigerung des Wärmeflusses erhält,
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ohne daß die Drucksenkung nachteilig gesteigert wird. Der Einsatz sollte den freien inneren Querschnitt des Rohres in gleiche Teile
unterteilen, so daß ein gleichförmiger Gasfluß entsteht. Der Einsatz sollte auch vorzugsweise zentral gelagert sein (der zentrale
Teil ist "besonders bevorzugt axial zur Röhrenachse eingestellt), so daß eine geringe Verteilung des Gasflusses durch den freien
Querschnitt vermieden wird. Außerdem sollte der Einsatz so im Rohr angeordnet sein, daß Bewegungen und Vibrationen desselben
vermieden werden, welche zu mechanischen Schaden führen würden. Die Absorption des Einsatzes kann z.B.gesteigert werden, wenn man
die Oberfläche dunkel färbt oder mit einem absorbierten Überzug versieht.
Der Einsatz befindet sich nur in einem Teil des gesamten Schlangenrohrs für den Heizkörper (die ganze Schlange kann aus einer oder
mehreren Röhren bestehen) und befindet sich vorzugsweise am Schlangenausgang (am Ausgang des letzten Rohrs der Schlange). Der
Einsatz hat im allgemeinen eine Länge von mindestens 1,5 m und umfaßt im allgemeinen 15 bis 100$ der Länge des Gesamtrohrs. Der
Querschnitt des Einsatzes ist wie oben erwähnt, so dimensioniert, daß die gewünschte Steigerung des Wärmeflusses erzielt wird, ohne
daß der Druckabfall in dem Teil des Rohres mit dem Einsatz nachteilig gesteigert wird; die Steigerung des Druckabfalls infolge
des Einsatzes beträgt im allgemeinen nicht mehr als 0,35 atü, vorzugweise nicht mehr als 0,2 atü. Im allgemeinen beträgt die
Steigerung des Druckabfalls mindestens 0,02 atü, meist mindestens 0,05 atü.
909850/0639
Nach der Erfindung wird eine "beträchtliche Steigerung des Wärmeflusses
(BTU/hr -900 cm ) in dem Röhrenteil mit dem Einsatz erreicht.
Im allgemeinen wird der Wärmefluß in der Größenordnung von mindestens 10$, vorzugsweise mindestens 20$ gesteigert, wobei diese
Steigerung meist nicht größer als etwa 50$ ist. Me Steigerung
des Wärmeflusses resultiert aus einer Verbesserung der direkten Konvektion vom Rohr zum Crack-Strom und aus der Strahlungswärmeübertragung
von der Röhrenwand zum Einsatz, welcher die Wärme durch Konvektion zum Crack-Strom überträgt.
Erfindungsgemäß resultiert aus der Steigerung des Wärmeflusses eine Verminderung der Temperatur der Innenwand des Röhrenteils
mit dem Einsatz. Demzufolge ergibt sich eine Verminderung der Verkokung der Röhren. Es sei bemerkt, daß die Steigerung des Wärmeflusses
erreicht wird, ohne daß die der Verkokung unterworfene Oberfläche vergrößert wird, da der Einsatz sich auf einer viel
tieferen Temperatur befindet und praktisch frei von Verkokungstendenden
ist.
Als Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterialien kann man eine große Anzahl
von Crack-Ausgangsmaterialien wählen. Die vorliegende Erfindung
betrifft die Gewinnung von Olefinen, insbesondere Äthylen. Als Beispiele für Ausgangsmaterialien seien genannt: Äthan, Propan,
Butan und Mischungen derselben, Naphtha, Gasöl etc.. Der Produktstrom
enthält eine große Vielfalt von Komponenten, und die Produktverteilung
hängt zum Teil von dem gewählten Ausgangsprodukt ab.
Die Dampfpyrolyse von Kohlenwasserstoffen wird bei Gas-Ausgangs-
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-r-s
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temperaturen von mehr als 76O0C durchgeführt, im allgemeinen bei
815 bis 9820G. Der Röhrenausgangsdruck beträgt im allgemeinen etwa
O bis 3,5 atü. Die Verweildauer liegt in der Größenordnung von 0,05 "bis 2 Sekunden. Die Pyrolyse wird im allgemeinen bei Gewichtsverhältnissen Dampf / Kohlenwasserstoff gleich 0,2 : 1 bis 1,5 : 1
durchgeführt.
Obwohl die oben beschriebenen Bedingungen ähnlich den allgemein benutzten sind, kann man - ganz allgemein gesprochen - bei Verwendung
der vorliegenden Erfindung, wenn der Röhrendurchmesser sowie die anderen Bedingungen vorgegeben sind (Ausgangsdruck, Massengeschwindigkeit,
Verhältnis Dampf/ Kohlenwasserstoff, Heizungsgeschwindigkeit), eine Verminderung der Gesamtverweildauer erreichen,
d.h.die Verwendung eines Einsatzes vermindert die Gesamtverweildauer.
Gewünschtenfalls kann die Gesamtschlangenlänge vermindert
werden.
Die Erfindung soll nun anhand der Abbildungen näher erläutert werden.
Figur 1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Pyrolyse-Ofens,
welcher erfindungsgemäß verwendet werden kann;
Figur 2A, 2B, 20 und 2D sind vereinfachte schematische Aufsichten
auf einen Teil des Pyrolyserohres mit dem Einsatz.
Gemäß Figur 1 hat man einen Heizkörper vom vertikalen Röhrentyp, der sich auf einem strukturellen Stahlgerüst befindet und als 10
bezeichnet ist; er ist auf Pfeilern montiert und enthält die äusseren
Wände 11 und 12, die inneren Wände 13 und 14, die Endwände
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15 und die Böden 16 und 17. Die äußeren Wände 11 und 12 sind praktisch
parallel zu den inneren Wänden 13 und 14, wobei sich die
Höhe der äußeren Wände 11 und 12 über die Höhe der inneren Wände
13 und 14 erstreckt. In den äußeren Wänden 11 und 12 und den inneren
Wänden 13 und 14 sind mehrere vertikale Reihen von hoch-intensiven
Brennern des Strahlungstyps angeordnet (18). Die Böden 16 und 17 erstrecken sich zwischen den äußeren Wänden 11 und 12 bzw.
den inneren Wänden 13 und 14. Die Böden 16 und 17 sind mit Bodenbrennern
(19) ausgestattet, die vorzugsweise vom Flammentyp sind.
Die äußere Wand 11, die innere Wand 13 und der Boden 16 bilden zusammen
mit der Endwand 15 eine Strahlungserhitzungszone (20), während
die äußere Wand 12, die innere Wand 14 und der Boden 17 zusammen
mit der Endwand 15 eine zweite Strahlungserhitzungszone (21) bilden. Die Endwand 15 hat die Gestalt eines umgedrehten U,
so daß eine offene Fläche 11 gebildet wird, welche den Zugang der
in den inneren Wänden 13 und 14 montierten Brenner 18 gestattet.
Horizontal gelagert und auf den inneren Wänden 13 und 14 montiert
ist das innere Dach 25. Horizontal gelagert und von der äußeren Wand 11 sich nach innen erstreckend ist das obere Dach 26, welches
auf der äußeren Wand 11 und der Endwand 15 montiert ist; ähnlich
gelagert und auf der äußeren Wand 12 sowie den oberen Enddächern 26 und 27 montiert sind die oberen Wände 28 und 29, welche mit den
oberen sich ersteckenden Teilen der Endwand 15 eine Konvektions™
zone (30) bilden» Alle Wände, Böden und Dächer sind mit geeignetem
feuerfestem Material versehen«
909350/0339
In der Wärmeerhitzungszone 20 und 21 "befinden sich mehrere senkrechte
Röhren 31, die durch Aufhängevorrichtungen 33 geeignet von der Trägerstruktur 10 montiert sind. Die vertikalen Röhren 31 befinden
sich zwischen den äußeren und inneren Wänden 11 und 13 bzw.
12 und 14. Die Röhren sind so angeordnet, daß mehrere Durchgänge
für eine Arbeitsschlange entstehen; sie enthalten geeignete Krümmungsknies und Ausgangsvorrichtungen.
Innerhalb der Konvektionszone 30 sind horizontal angeordnete Leitungen
montiert, die schematisch als 35 bezeichnet sind. Die Leitungen 35 sind in flüssiger Kommunikation über die Querstücke 36
mit den Röhren 31 verbunden. Innerhalb der Konvektionszone 30 befindet sich ferner eine zweite Gruppe von horizontal angeordneten
Leitungen (38). Die Eingangs- und Ausgangsverteilerleitungen 38a und 38b stehen in flüssiger Kommunikation mit den Leitungen 38.
Die Brenner 18 werden über die Leitungen 40 aus mehreren Verteilerleitungen
39 mit Heizöl versorgt. Das Heizöl wird in die Verteilerleitung 39 über eine Verteilerleitung 41 unter Kontrolle der
Ventile 42 eingeführt. Der Heizölfluß zu den Brennern 18 kann in vertikalen Reihen je nach der gewünschten 3?euerungsstärke der Röhren
31 variiert werden. Einzelne Brenner können weiterhin durch Handventile 44 in den Leitungen 40 eingestellt werden, wobei der
Gesamtfluß des Heizöls zum Brenner durch das Ventil 45 kontrolliert
wird. Selbstverständlich haben die in den äußeren Wänden 11 und 12 und den inneren Wänden 13 und 14 montierten Brenner ähnliche Verteilervorrichtungen.
503850/0639
Die Anzahl der Passagen der Flüssigkeit durch die vertikalen Röhren
innerhalb der Strahlungserwärmungszone kann je nach dem Ausgangsprodukt, der-Produktspezifikation etc. variiert werden, d.h.
die Röhren stellen eine Vielzahl von vertikalen Schlangen dar, welche vertikal innerhalb der Strahlungserhitzungszone angeordnet
sind.
Der grundlegende Heizkörper ist im US-Patent No. 3 274 987 beschrieben.
Ein Teil der Pyrolyserohre 31, insbesondere das Ausgangsrohr jeder
Passage, enthält innen einen Einsatz, so daß eine Strahlungsabsorptionsoberfläche
innerhalb des Ausgangsrohrs der Schlange entsteht. Wie in Figur 2a gezeigt, hat der Einsatz 100 die Form einer
dreiflügeligen Spinne mit einem zentralen Teil 111 und den Flügeln
112 ,welche am Ende gekrümmt sind, d.h.an dem Teil, der die Röhraiwand
berührt. Die Spinne wird mit Gewalt in das Rohr eingepaßt, so daß die gewünschte Einstellhemmung entsteht und das innere Rohr in
drei Passagen geteilt wird. Der-Zentralteil 111 der Spinne ist entlang
der Rohrachse angeordnet.
Figur 2b zeigt einen Einsatz 120 mit einem zentralen Teil 121 und drei sich nach außen erstreckenden gekrümmten Flügeln 122, welche
das Röhreninnere in drei getrennte Passagen teilt.
Figur 2c zeigt einen Einsatz 130 in Form einer vierflügeligen Spinne, deren Enden nach außen gekrümmt sind, so daß das Röhreninnere in vier Passagen geteilt wird.
S0985Q/0S39
Figur 2d zeigt einen Einsatz 140 mit einem Zentralteil 141 und vier sich nach außen erstreckenden Flügeln 142, -welche das Röhreninnere in vier getrennte Passagen teilt.
Die Erfindung soll nun anhand des folgenden Beispiels näher "beschrieben
werden:
Der Tubeneinsatz ist eine dreiflügelige Spinne wie in Figur 2a gezeigt.
Die Flügel sind 0,32 cm dick, und es gibt nur eine leichte Verminderung des Freifluß-Querschnitts und eine leichte Steigerung
der Drucksenkung.
BASIS:
Röhrengröße 15,2 cm I.D. χ 0,64 cm w.t.
Durchsatz: Kohlenwasserstoffe . 4000 kg/H
Dampf 2000 kg/H
Gesamt 6000 kg/H
Ausgangsdruck 1,5 at
äußere Tubenwand t 10800C
Gastemperaturen
Eingang zum letzten Rohr ... 8250O
Ausgang 8500C
Umwandlung bzw.Crackung 75$ am Eingang z.letzten Rohr
(# der Schlangen-Umwandlung) 100$ am Ausgang
Crackwärme 28.000 BTU/453 g Mol HC-Produkt
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berechnete Leistung,
letzte Röhre (sens.+ Grackung) 1.980,000 BTU/H
RESULTATE;
ohne Einsatz mit Einsatz
Tubenquerschnitt 175 cm 168 cm
Gasgeschwindigkeit (Durchschnitt) 21° m/sec' 220 m/sec*
Reynoldszahl 4.24x105 2.22x105
h, BTTJ/H 900 cm2 - °Ι·/ίη 96 115
Innenwandtemperatur 10520C 10420O
Wärmefluß (Röhre I.D.)
Convec.Röhrengas, BTU/H 900 cm2 37,QOO 42,300
Strahlung zu Gas, BTU/H 900 cm2 1,200 700
Strahlung zu Einsatz. Έΰΰ/Ε 900 cm2 8.000
Gesamt 38,200 51,000
Erforderliche Röhrenlänge „...„.. 10m 7,5m
"Verweildauer (Sekunden) ..·.··... 0,0475 0,034
Drucksenkung 0,095 at 0,17 at
Die Verwendung des Einsatzes steigert den Wärmefluß durch die
Röhrenwand um etwa 33,3$# Außerdem findet eine Verminderung der
Temperatur der inneren Röhrenwand statt, ohne daß die Einsatztemperatur
einen zu hohen Wert erreicht (Einsatztemperatur: 877°C)„ Ferner wird die TemperaturSenkung leicht gesteigert. Die vorliegende
Erfindung ist besonders vorteilhaft, da der Wärmefluß gesteigert wird, wodurch eine Verminderung der Verweildauer unter
Steigerung der Selektivität ersielt wird. Außerdem wird dieses
909880/0339
Ergebnis erzielt, ohne daß die !Temperatur der Röhrenwand steigt
(die Temperaturen der Röhrenwand sind tatsächlich niedriger), so daß die Verkokungstendenz reduziert ist. Selbstverständlich ist es
alternativ möglich, bei gleicher Verweildauer erfindungsgemäß so zu verfahren, daß man höhere Gasausgangstemperaturen erhält.
909850/0639
Claims (10)
1. Crack-He izkörper, "bestehend aus mindestens einer Schlangenröhre
für das Verfahren mit einem Eingang und einem Ausgang für die zu "bearbeitende Flüssigkeit, wobei mindestens ein Teil der
Schlangenröhre einen Einsatz enthält, so daß eine Strahlungsabsorptionsoberflache
in der Schlange entsteht, wobei dieser Einsatz das Innere der Schlange in diesem Teil in getrennte
kontinuierliche longitudinale Flußpassagen zwischen dem Einsatz
und dem Schlangeninneren aufteilt und der Einsatz so dimensioniert ist, daß der Wärmefluß in diesem Teil mindestens um 10$
gesteigert und der Druckabfall in diesem Teil um nicht mehr als 0,35 at gesteigert wird.
2. Heizkörper gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Einsatz sich im Ausgang der Schlange befindet.
3. Heizkörper gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Einsatz aus einem zentralen, von der Innenwand der Schlange entfernten Teil und sich nach außen radial erstreckenden
Flügeln besteht, die sich in Kontakt mit der Innenwand der Sehlange befinden, so daß die separaten, kontinuierlichen
longitudinalen Flußpassagen entstehen.
4. Heizkörper gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
909850/0630
daß der zentrale Teil des Einsatzes in der Schlangenachse angeordnet
ist.
5. Heizkörper gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel Flußpassagen mit praktisch gleichen Flächen liefern,
so daß ein gleichförmiger Gasfluß gesichert ist.
6. Heizkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz so dimensioniert ist, daß der Druckabfall um
nicht mehr als 0,2 at gesteigert wird.
7. Heizkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz so dimensioniert ist, daß der Wärmefluß in diesem
Teil um mindestens 20$ gesteigert wird.
8. Heizkörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlange mindestens zwei Röhren enthält und der Einsatz eine länge von 15 "bis 100$ der Länge der letzten Röhre der
Schlange hat.
9) Verfahren zur Dampfpyrolyse eines Kohlenwasserstoffs, wobei
Dampf und ein Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial durch eine Schlangenröhre in einen Crack-Heizkörper zu Pyrolyse geleitet
werden,
dadurch gekennzeichnet,
909810/0653
292081
daß man das Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial und den Dampf im
Ausgangsteil der Röhrenschlange zwischen einen Einsatz und der Innenwand der Schlange in separaten, kontinuierlichen longitudinalen
Flußpassagen leitet, wobei der Einsatz eine Strahlungsabsorptionsoberfläche
zur Erhöhung des Wärmeflusses liefert und so im Ausgangsteil angeordnet ist, daß der Wärmefluß mindestens
um 10$ gesteigert und der Druckabfall um nicht mehr als 0,35 at
gesteigert wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
daß man das Kohlenwasserstoff-Ausgangsprodukt und den Dampf
durch die longitudinalen Plußpassagen in einen gleichförmigen
Gasfluß leitet.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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