DE3305905A1

DE3305905A1 - Heizofen fuer die behandlung von kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE3305905A1
Application number: DE19833305905
Authority: DE
Inventors: Yutaka Chiba Kita; Keizo Tokyo Konoki; Takanobu Shinohara; Hiroshi Kanagawa Watanabe
Original assignee: Toyo Engineering Corp
Current assignee: Toyo Engineering Corp
Priority date: 1982-02-22
Filing date: 1983-02-21
Publication date: 1983-09-01
Also published as: GB2115538A; JPS58142978A; FR2522126A1; GB8304503D0

Description

Beanspruchte Priorität : 22.Februar 1982 , Japan,

Patentanmeldung No. 26084/1982

Anmelder :

TOYO ENGINEERING CORPORATION

No. 2-5, Kasumigaseki 3-chome, Chiyoda-ku,

Tokyo, Japan

Heizofen für die Behandlung von Kohlenwasserstoffen .

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an einem Heizofen, der für die Behandlung von Kohlenwasserstoffen wie beispielsweise Erhitzen, für das Reformieren und das thermische Cracken verwendet wird.

Ein Heizofen zum Reformieren und thermischen Cracken von Kohlenwasserstoffen ist mit einer Vielzahl langgestreckter Heizrohre versehen. Diese Heizrohre umfassen drei bis fünf geschweißte Rohre, die durch Schleuderguß hergestellt werden und 2 bis 3 m lang sind (hier im folgen-

den als "unbearbeitete Rohre" bezeichnet). Die Temperatur der Heizrohre besitzt normalerweise in Längsrichtung eine gewisse Verteilung und Kriechschäden werden am größten, wo die Temperatur am höchsten wird. Wenn die unbearbeiteten Rohre in der Nähe einer Stelle geschweißt sind, an der die höchste Temperatur erreicht wird, stellen Kriechschäden insbesondere an dem geschweißten Teil ein Problem dar.

Herkömmlicherweise erhalten Heizrohre eine Wandstärke, die auf der Grundlage der Kriechfestigkeitsanforderungen des Rohrmaterials an dem Gebiet der höchsten Temperatur berechnet wird, unabhängig von der Temperaturverteilung in Längsrichtung. Mit anderen Worten, die Wandstärke der Heizrohre an den Stellen, die niedrigeren Temperaturen ausgesetzt sind, wird übermäßig dick gemacht. Wegen der sehr hohen Temperaturen, die beim Reformieren und thermischen Cracken von Kohlenwasserstoffen auftreten, werden Heizrohre üblicherweise aus teuren Materialien wie'25 Cr-20 Ni-Stahl und 25 Cr-35 Ni-Stahl hergestellt, und die übermäßig große Wandstärke führt zu ungerechtfertigt teuren Heizrohren. ' . ·

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Heizofen für die Behandlung von Kohlenwasserstoffen zu schaffen, der rationell ausgelegte und deshalb billigere Heizrohre besitzt.

Diese Aufgabe wird durch den Heizofen für die Behandlung von Kohlenwasserstoffen gemäß der Erfindung gelöst, der nachfolgend beschrieben wird.

Ein Heizofen, der eine Verbrennungskammer, einen auf der Wand dieser Verbrennungskammer vorgesehenen Heizstoffbrenner, eine Abgasauslaßöffnung und wenigstens ein innerhalb der Verbrennungskammer angeordnetes Heizrohr umfaßt, ist

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gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr so aufgebaut ist, daß es eine variierende Wanddicke in der Längsrichtung entsprechend den verschiedenen Temperaturen an verschiedenen Stellen der Temperaturverteilung in Längsrichtung auf der äußeren Oberfläche des Heizrohres besitzt.

Vorzugsweise werden die Längen der unbearbeiteten Rohre so gewählt, daß die geschweißten Teile desselben nicht in das Gebiet der höchsten Temperatur zu liegen kommen.

Die Erfindung wird im folgenden durch Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Zeichnung erläutert ein Beispiel für die Wanddickenverteilung in der Längsrichtung der Heizrohre nach dem Stand der Technik und gemäß der vorliegenden Erfindung und zeigt die Temperaturverteilung in der Längsrichtung an der äußeren Oberfläche.

Die Wandstärken in Längsrichtung der Heizrohre, die in dem Heizofen gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet, werden sollen, werden durch das folgende Verfahren bestimmt: Zuerst wird die Temperaturverteilung der Heizrohre in Längsrichtung auf der Basis von Faktoren wie der Art der durch die. Rohre hindurchströmenden Kohlenwasserstoffe, der Art des Verschnitt-mittels, das gegebenenfalls verwendet wird, der Durchflußrate, des Druckes usw. in Abhängigkeit von der Art der Kohlenwasserstoffbehandlung, z.B. Reformieren oder thermisches Cracken, bestimmt. . Zweitens wird die zulässige mechanische Beanspruchung auf der Basis der Kriechfestigkeit des Rohrmaterials berechnet, die durch die ausgelegte Lebensdauer und die Temperaturverteilung bestimmt ist. Drittens wird die Wandstärke, die an verschiedenen Abschnitten der Heizrohre erforderlich ist, entsprechend anwendbarer Regeln oder Standard-

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werten berechnet. Viertens wird das Profil des Heizrohres mit der erforderlichen Wandstärke an entsprechenden Abschnitten festgelegt.

Es wird bevorzugt, daß die Dicke der einzelnen unbearbeiteten Rohre auf eine kontinuierliche Weise variiert wird, indem dem vorstehend genannten Profil genau gefolgt wird, aber der innere Durchmesser des Rohres sollte gleichbleibend sein. Es ist auch möglich, in vernünftiger Weise, kleine Unregelmäßigkeiten in dem Profil aus Gründen der leichteren Herstellung der unbearbeiteten Rohre zu vernachlässigen oder die Dicke nicht kontinuierlich sondern stufen- . weise zu variieren.

Schleuderguß ist ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der unbearbeiteten Rohre. Heizrohre können hergestellt werden, indem ein Dornprofil oder Außenprofil dem Dickenprofil entsprechend gemacht wird, das dann als Hohlprofil verwendet wird. Mit dem als Gießform verwendeten Außenprofil (d.h. in dem Hohlprofil) werden Rohre mit einem Kern gegossen, der einen Durchmesser besitzt, der gleich dem inneren Durchmesser des Rohres ist, und der innerhalb der Form angeordnet ist. Wie oben bereits erwähnt wurde, kann die Länge der Form für unbearbeitete Rohre so einge- · ' stellt werden, daß der geschweißte Teil der rohen Rohre nicht mit dem Gebiet der höchsten Temperatur zusammenfällt.

Das Dickenprofil des Heizrohres verändert sich in Abhängigkeit von der Art der Kohlenwasserstoffbehandlung, die in dem Rohr durchgeführt werden soll, und ist so schwierig in allgemeinen Werten anzugeben. Die Temperatur kann von relativ niedrigen bis zu extrem hohen Werten innerhalb des Gebietes ansteigen, das sich von der Einlaßöffnung bis zu 20 bis 40 % der Gesamtlänge des Rohres erstreckt. Die Dicke des Rohres in diesem Gebiet sollte

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daher von dem Minimum zum Maximum ansteigen, um diesem Anstieg in der Temperatur zu entsprechen.

Im Falle der Reformierung oder des thermischen Crackens von Kohlenwasserstoffen, wobei die Temperatur der äußeren Oberfläche der Heizrohre ansteigt, werden 25 Cr-20 Ni-Stahl, 25 Cr-35 Ni-Stahl und dergleichen als Material für das Heizrohr verwendet. Wenn die äußere Oberflächentemperatur relativ niedrig ist, können die Heizrohre aus 1 bis 9 Cr-O,5 bis 3 Mo-Stahl, Kohlenstoffstahl oder unlegiertem Stahl oder dergleichen hergestellt werden.

Der Heizofen gemäß der vorliegenden Erfindung kann für verschiedene Behandlungen der verschiedenartigsten Kohlenwasserstoffe verwendet werden, wie z.B.. gasförmigem Kohlenwasserstoff (z.B. Methan), Naphtha oder Erdöldestillat, Leichtöl, Schweröl und dergleichen. Die verschiedenen Behandlungen umfassen: das Erhitzen von Kohlenwasserstoffen auf eine relativ niedrige Temperatur; Reformieren von Kohlenwasserstoffen unter Verwendung von Dampf; teilweises Oxidieren von Kohlenwasserstoffen und thermisches Cracken von Kohlenwasserstoffen. Mit anderen Worten, der Heizofen gemäß der vorliegenden Erfindung kann in weitem Maße für Behandlungen eingesetzt werden, bei denen die äußere Oberflächentemperatur der Heizrohre in den Bereich von 300 bis 1100°C fällt. Der Druck reicht

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von 0 bis 100 kg/cm (etwa 0 bis 100 bar) Überdruck. Die Heizrohre können mit einem geeigneten Katalysator bepackt sein, was von dem Zweck abhängt.

Als ein Beispiel wird die Verwendung des Heizofens gemäß der vorliegenden Erfindung beim Dampfreformieren von Naphtha (oder.Erdöldestillat) nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt die Kurve 3 die berechnete Temperaturverteilung in Längsrichtung auf der äußeren Oberfläche der Heizrohre,

in denen das Dampfreformieren von Naphtha durchgeführt wird. Hieraus kann das Längsprofil, das als Kurve 2 dargestellt ist, der Wanddicke der Heizrohre erhalten werden. Die gerade Linie 1 zeigt das Längsprofil der Wanddicke von herkömmlichen Heizrohren, welches gleichbleibend ist. Die maximale Dicke in dem Profil, das als Kurve 2 angegeben ist, entspricht der Dicke der herkömmlichen Heizrohre. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, erfordern die Heizrohre bei der vorliegenden Erfindung weniger Material, wobei der Unterschied in der Menge dem Bereich entspricht, der durch die gerade Linie 1 und.die Kurve 2 begrenzt ist. Berechnungen zeigen, daß das Material, das zum Herstellen der Heizrohre gemäß der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, auf 80 % der Menge verringert werden kann, die bei herkömmlichen Rohren erforderlich ist.

Da die Heizrohre des erfindungsgemäßen Heizofens für die Behandlung von Kohlenwasserstoffen in ihrer Dicke in Längsrichtung entsprechend der Temperaturverteilung auf der äußeren Oberfläche variieren, erfordern sie eine geringere Materialmenge im Vergleich zu herkömmlichen Heiz-r rohren und sind deshalb weniger teuer. Zieht man in Betracht, daß diese Heizrohre jeweils nach einer bestimmten Zeitdauer ersetzt werden müssen und daß· sie jeweils für jede einzelne Einheit eines Heizofens in Mehrzahl verwendet werden,, ist es ganz offensichtlich, daß Einsparungen in der Materialmenge äußerst vorteilhaft sind. Außerdem können durch Schweißen der unbearbeiteten Rohre an Stellen, die von dem Hochtemperaturgebiet entfernt liegen, Kriechschäden an dem geschweißten Teil verringert werden. Die Zuverlässigkeit und Stabilität der Heizrohre können stark verbessert werden, was im Hinblick auf den Betrieb und die Wartung vorteilhaft ist.,

Claims

P atentan Sprüche

Heizofen für die Behandlung von Kohlenwasserstoffen, der eine Verbrennungskammer, einen an deren Wand angebrachten Heizstoffbrenner, eine Abgasauslaßöffnung und wenigstens ein in der Verbrennungskammer vorgesehenes Heizrohr umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizrohr (bzw. jedes Heizrohr) so aufgebaut ist, daß es eine sich, in der Längsrichtung entsprechend den verschiedenen Temperaturen an verschiedenen Punkten der Temperaturverteilüng in Längsrichtung auf der äußeren Oberfläche ändernde Wanddicke aufweist.

Heizofen nach Anspruch 1, dadurch !gekennzeichnet , daß die Heiz-Vohre eine Vielzahl zusammengeschweißter urtbe-— arbeitester Röhre"umfassen, wobei die Länge die-

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ser unbearbeiteten Rohre so eingestellt ist, daß der geschweißte Teil der unbearbeiteten Rohre nicht mit dem Gebiet hoher Temperatur auf der äußeren Oberfläche der Heizrohre zusammenfällt.

Heizofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wanddikke bei verschiedenen Punkten auf der äußeren Oberfläche der Heizrohre in der Längsrichtung auf der Basis einer zulässigen mechanischen Beanspruchung bei den Temperaturen dieser jeweiligen Stellen bestimmt wird.

Heizofen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß die Wanddicke der Heizrohre allmählich oder stufenweise von dem Minimum zu dem Maximum innerhalb des Gebietes, das sich von der Einlaßöffnung zu 20 bis 40 % der gesamten Länge des Heizrohres erstreckt, variiert.