DE3782874T2

DE3782874T2 - OVEN AND METHOD.

Info

Publication number: DE3782874T2
Application number: DE19873782874
Authority: DE
Inventors: Peter Hubertus Kosters; Nico Jan Vossenberg
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1986-07-15
Filing date: 1987-07-14
Publication date: 1993-04-08
Anticipated expiration: 2007-07-15
Also published as: EP0253633B1; EP0253633A2; DE3782874D1; GB8617214D0; EP0253633A3; JPS6338888A; ES2036211T3

Description

Die Erfindung betrifft einen Krackofen für Kohlenwasserstoffe und ein Verfahren zum Kracken von Kohlenwasserstoffen unter Verwendung des Ofens.The invention relates to a cracking furnace for hydrocarbons and a process for cracking hydrocarbons using the furnace.

Thermisches Kracken von Kohlenwasserstoffen ist eine Technik, die in der Ölindustrie weit verbreitet ist, und zahlreiche Gestaltungen thermischer Kracköfen wurden vorgeschlagen. Beispielsweise offenbart die Europäische Patentschrift Nr. 0074435 eine Form eines thermischen Krackofens, in dem eine Mischung von Kohlenwasserstoffen und überhitztem Dampf durch eine Reaktorleitung geführt wird, zusammen mit einem Strom eines Heizgases, das die Leitung umgibt.Thermal cracking of hydrocarbons is a technique widely used in the oil industry and numerous designs of thermal cracking furnaces have been proposed. For example, European Patent Specification No. 0074435 discloses a form of thermal cracking furnace in which a mixture of hydrocarbons and superheated steam is passed through a reactor line together with a flow of a fuel gas surrounding the line.

Wie in EP-B-0074435 offenbart, sind bestimmte Charakteristika für das thermische Kracken von Kohlenwasserstoffen besonders wünschenswert. Im besonderen, werden hohe Reaktionstemperaturen, die kurze Verweilzeiten ermöglichen im allgemeinen die Ausbeute des gewünschten Produktes des thermischen Krackens erhöhen, und gleichzeitig die Produktion von Nebenprodukten auf ein Minimum reduzieren.As disclosed in EP-B-0074435, certain characteristics are particularly desirable for the thermal cracking of hydrocarbons. In particular, high reaction temperatures allowing short residence times will generally increase the yield of the desired thermal cracking product while minimizing the production of by-products.

Es ist deshalb wünschenswert, daß ein thermischer Krackreaktor so kurz wie möglich sein, aber dennoch maximale Hitze übertragung über seine ganze Länge ermöglichen sollte.It is therefore desirable that a thermal cracking reactor should be as short as possible, but still allow maximum heat transfer over its entire length.

Das US-Patent Nr. 4412975 offenbart eine Form eines thermischen Krackreaktors, in dem eine Röhre, die die Kohlenwasserstoffe, die abgebaut werden sollen enthält, durch eine abstrahlende Ummantelung geleitet wird, in der die Röhre durch Abstrahlung von den Ofenwänden geheizt wird. Dieses System leidet, wie das in EP-B-0074435 offenbarte an dem Nachteil, daß aufgrund des Abkühlens der Abgase beim Passieren des Ofens die Temperatur der Wärmeaustauschoberfläche des Wärmeaustauschers entlang der Länge des Ofens unterschiedlich ist. Demzufolge ist es nicht möglich, die Wärmeaustauschoberfläche entlang ihrer ganzen Länge bei der optimalen Temperatur zum maximalen Wärmeübertragung zu halten.US Patent No. 4412975 discloses a form of thermal cracking reactor in which a tube containing the hydrocarbons to be broken down is passed through a radiant jacket in which the tube is radiation from the furnace walls. This system, like that disclosed in EP-B-0074435, suffers from the disadvantage that, due to the cooling of the exhaust gases as they pass through the furnace, the temperature of the heat exchange surface of the heat exchanger varies along the length of the furnace. Consequently, it is not possible to maintain the heat exchange surface along its entire length at the optimum temperature for maximum heat transfer.

Der limitierende Faktor, der Wärmeaustauschcharakteristika eines röhrenförmigen Krackreaktors der Art, wie in EP-B-0074435 und US-A-4412975 beschrieben, wird im allgemeinen die thermische Fehltemperatur des röhrenförmigen, im allgmeinen metallischen Reaktors, sein. Demzufolge ist in dem Ofen in Fig. 2 von US-A- 44 12975, wenn die Reaktorröhre nahe bei ihrer thermischen Fehltemperatur ist, die Temperatur in den Bereichen, die den Brennern benachbart sind im wesentlichen tiefer, als bei einem Punkt stromab der Brenner.The limiting factor affecting the heat exchange characteristics of a tubular cracking reactor of the type described in EP-B-0074435 and US-A-4412975 will generally be the thermal offset temperature of the tubular, generally metallic, reactor. Thus, in the furnace in Fig. 2 of US-A-44 12975, when the reactor tube is close to its thermal offset temperature, the temperature in the areas adjacent to the burners is substantially lower than at a point downstream of the burners.

US-A-4412975 offenbart verschiedene Versuche diese Schwierigkeit zu umgehen, mittels Rückmischen von Abgasen und (in der Diskussion des Standes der Technik) der Verwendung mehrerer Brenner. Solche Versuche zeigten nur wenig Erfolg, da immer noch ein wesentlicher Temperaturgradient entlang der Länge des Reaktors auftritt, und die Temperatur der vorliegenden Abgase relativ hoch ist, was zu schlechter Wirtschaftlichkeit des Brennstoffeinsatzes führt.US-A-4412975 discloses various attempts to circumvent this difficulty by means of backmixing of exhaust gases and (in the discussion of the prior art) the use of multiple burners. Such attempts have met with little success since there is still a significant temperature gradient along the length of the reactor and the temperature of the exhaust gases present is relatively high, leading to poor fuel economy.

Erfindungsgemäß wird ein Kohlenwasserstoff Krackofen (1) zur Verfügung gestellt, umfassend, wenigstens einen Krackreaktor (8) mit einer ersten Röhre (14), die mit einem Einlaßende von einem Reservoir verbunden ist, wobei die Röhre stromabwärts offen ist und im wesentlichen koaxial innerhalb einer zweiten Röhre (12) angeordnet ist, und mit einem Auslaßende für die Crackprodukte verbunden ist und nahe der ersten Röhre und um sie herum verschlossen ist, und das erste und zweite Rohr mit einem ersten Ende (15) des Reaktors in Verbindung steht, einem Brenner (3), der nahe dem ersten Ende des Reaktors angeordnet ist und so orientiert ist, daß er einen Strom heißer Abgase in eine Abgasleitung (10) um die zweite Röhre, in einer dem Strom von dem Reservoir in einer inneren Leitung (11), die durch den Zwischenraum zwischen der ersten inneren und der zweiten Röhre definiert ist, gleichen Richtung zu erzeugen, wobei das erste Ende (15) des Reaktors in dem Fluß der Abgase von dem Brenner (3) angeordnet ist, und der Reaktor sich stromabwärts in Bezug zu dem Strom der Abgase des ersten Endes erstreckt.According to the invention there is provided a hydrocarbon cracking furnace (1) comprising at least one cracking reactor (8) having a first tube (14) connected to an inlet end of a reservoir, the tube being open downstream and disposed substantially coaxially within a second tube (12) and connected to an outlet end for the cracked products and closed near and around the first tube, the first and second tubes being connected to a first end (15) of the reactor. a burner (3) disposed near the first end of the reactor and oriented to produce a flow of hot exhaust gases into an exhaust conduit (10) around the second tube, in a direction coextensive with the flow from the reservoir in an inner conduit (11) defined by the space between the first inner and second tubes, the first end (15) of the reactor being disposed in the flow of exhaust gases from the burner (3), and the reactor extending downstream with respect to the flow of exhaust gases from the first end.

Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, da Abstrahlungswärmeübertragung von der äußeren Röhrenwand (d.h. der äußeren Oberfläche der inneren Leitung) zu der inneren Röhrenwand schnell, durch die Flüssigkeit, die geheizt werden soll vonstatten geht (z.B. das Dampf/Kohlenwasserstoffgemisch). Demzufolge wird die innere Röhrenoberfläche auf eine Temperatur geheizt, die höher als die der umgebenden Flüssigkeit ist. Dies dient nicht nur dem Vorheizen der in die innere Röhre gelangenden Flüssigkeit, sondern es sorgt auch für zusätzliches Heizen von Flüssigkeit in dem Raum zwischen der inneren und äußeren Röhren durch Abstrahlungsübertragung von der inneren Röhre.This arrangement is particularly advantageous because radiative heat transfer from the outer tube wall (i.e. the outer surface of the inner conduit) to the inner tube wall occurs rapidly through the fluid to be heated (e.g. the steam/hydrocarbon mixture). As a result, the inner tube surface is heated to a temperature higher than that of the surrounding fluid. This not only serves to preheat the fluid entering the inner tube, but also provides additional heating of fluid in the space between the inner and outer tubes by radiative transfer from the inner tube.

Die innere Oberfläche der äußeren der zwei koaxial verlaufenden Röhren, die für Wärmeaustausch mit der Flüssigkeit in der inneren Leitung verantwortlich ist, kann über im wesentlichen seine ganze Länge bei einer im wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden, obwohl die Temperatur der Flüssigkeit innerhalb ansteigt und die Temperatur des umgebenden Abgases abnimmt, indem ein kontinuierlicher Wechsel der Wärmeaustauschcharakteristika der äußeren Leitung entlang ihrer Länge, wie oben beschrieben, zur Verfügung gestellt wird. Weiterhin kann die äußere Wand der inneren Leitung, die im allgemeinen eine metallische Röhre ist, über im wesentlichen ihre gesamte Länge sehr nahe bei ihrer thermischen Fehltemperatur betrieben werden, um so eine maximale Wärmeübertragung zu liefern.The inner surface of the outer of the two coaxial tubes responsible for heat exchange with the liquid in the inner conduit can be maintained at a substantially constant temperature throughout substantially its entire length even as the temperature of the liquid within increases and the temperature of the surrounding exhaust gas decreases, by providing a continuous change in the heat exchange characteristics of the outer conduit along its length as described above. Furthermore, the outer wall of the inner conduit, which is generally a metallic tube, can be operated very close to its thermal offset temperature throughout substantially its entire length so as to provide maximum heat transfer.

Die Mittel, die die äußere Oberfläche der äußeren Leitung bestimmen, werden bevorzugt aus einem keramischen Material hergestellt (dieser Ausdruck, wie hierin verwendet, schließt widerstandsfähige Materialien verschiedener Arten, die der verwendeten hohen Temperatur widerstehen können, mit ein), da die Betriebstemperatur der äußeren Leitung im allgemeinen wesentlich höher als die der inneren Leitung sein wird. Der Querschnitt der äußeren Leitung variiert vorzugsweise entlang wenigstens eines Teils ihrer Länge in der Art, daß bei Verwendung ein inwärtig gerichteter Abstrahlungswärmestrom von der äußeren Wand, die entlang dem Teil der Länge der äußeren Leitung variiert, in solch einer Weise, um Temperaturabfälle in der Flüssigkeit, die in der äußeren Leitung fließt zu kompensieren.The means defining the external surface of the outer conduit are preferably made of a ceramic material (this term as used herein includes resistant materials of various types capable of withstanding the high temperature used) since the operating temperature of the outer conduit will generally be substantially higher than that of the inner conduit. The cross-section of the outer conduit preferably varies along at least part of its length such that, in use, an inwardly directed radiant heat flux from the outer wall varies along the part of the length of the outer conduit in such a way as to compensate for temperature drops in the liquid flowing in the outer conduit.

Die Variation des Querschnittes der äußeren Leitung kann die Form einer Änderung des Querschnittes (normalerweise eine Abnahme) der Leitung, und/oder eines Anstieges, vorzugsweise eines kontinuierliche Anstieges der Oberfläche pro Einheitslänge der äußeren Wand der äußeren Leitung annehmen.The variation of the cross-section of the outer conduit can take the form of a change in the cross-section (normally a decrease) of the conduit, and/or an increase, preferably a continuous increase, in the surface area per unit length of the outer wall of the outer conduit.

Der Aufbau ist vorzugsweise dergestalt, daß wenn das Abgas von einem Brenner bei oder benachbart zu einem Ende der inneren Leitung durch die äußere Leitung gezogen wird, die Wärmeübertragungscharakteristika der äußeren Wand der äußeren Leitung dergestalt sind, daß die Temperatur der Oberfläche der äußeren Wand der inneren Leitung über einen Teil ihrer Länge, korrespondierend zu dem Teil der äußeren Leitung während des Betriebs im wesentlichen konstant bleibt.The structure is preferably such that when exhaust gas from a burner at or adjacent an end of the inner conduit is drawn through the outer conduit, the heat transfer characteristics of the outer wall of the outer conduit are such that the temperature of the surface of the outer wall of the inner conduit remains substantially constant over a portion of its length corresponding to the portion of the outer conduit during operation.

Der Teil der Länge der Leitung, über den der Querschnitt varriert, ist vorzugsweise wenigstens ein Viertel, stärker bevorzugt wenigstens die Hälfte, noch stärker bevorzugt noch wenigstens drei Viertel und am stärksten bevorzugt im wesentlichen über die gesamte Länge der Leitung.The part of the length of the line over which the cross-section varies is preferably at least one quarter, more preferably at least one half, even more preferably at least three quarters, and most preferably substantially over the entire length of the line.

Die Änderung des Querschnittes der äußeren Leitung tendiert dazu den Temperaturabfall der Abgase bei Durchfließen durch die äußere Leitung zu kompensieren. Demzufolge kann die Temperatur der Abgase entlang der Leitung in einer typischen Ausführungsform von 2000ºC am Brennerende bis ca. 1500ºC am Auslaßende fallen. Durch Verändern des Querschnittes der äußeren Leitung wie angedeutet, ist es möglich, die Temperatur der äußeren Wand ausreichend hoch zu halten, um den erwünschten Grad der Abstrahlungserwärmung an die innere Leitung zu liefern. Gewöhnlich kann die Temperatur der Wand der äußeren Leitung in einem erfindungsgemäßen Ofen von 1600ºC bei dem Brennerende bis 1200ºC bei dem Auslaßende, bevorzugt von 1500ºC bei dem Brennerende bis 1450ºC bei dem Auslaßende variieren.The change in the cross-section of the outer pipe tends to compensate for the temperature drop of the exhaust gases as they flow through the outer pipe. Consequently, the temperature of the exhaust gases along the pipe can be from 2000ºC at the burner end to about 1500ºC at the outlet end. By varying the cross-section of the outer conduit as indicated, it is possible to maintain the temperature of the outer wall sufficiently high to provide the desired level of radiant heating to the inner conduit. Typically, the temperature of the wall of the outer conduit in a furnace according to the invention may vary from 1600ºC at the burner end to 1200ºC at the outlet end, preferably from 1500ºC at the burner end to 1450ºC at the outlet end.

Die bestimmte, verwendete Temperatur wird von Einrichtung zu Einrichtung variieren, wobei sie nicht nur von der Geometrie des Systems abhängt, sondern auch von der Krackreaktion, die ausgeführt werden soll.The specific temperature used will vary from facility to facility, depending not only on the geometry of the system but also on the cracking reaction to be carried out.

Das bestimmte für die äußere Wand der äußeren Leitung verwendete Temperaturprofil wird bevorzugt so gewählt, um die Temperatur der Wand der inneren Leitung, die in Kontakt mit dem Material, das gespalten werden soll steht, bei wenigstens 950ºC über einen wesentlichen Teil seiner Länge zu halten.The particular temperature profile used for the outer wall of the outer conduit is preferably selected to maintain the temperature of the wall of the inner conduit in contact with the material to be cleaved at least 950°C over a substantial portion of its length.

Die Temperatur der inneren Wand der äußeren Leitung ist bevorzugt so hoch wie möglich, gewöhnlich größer als 1070ºC und über einen wesentlichen teil ihrer Länge so hoch wie es das Material erlaubt.The temperature of the inner wall of the outer conduit is preferably as high as possible, usually greater than 1070ºC and over a substantial part of its length as high as the material allows.

Natürlich wird etwas Wärme von den Abgasen zu der inneren Leitung mittels Strahlung und Konvektion transferiert. In einer typischen Ausführungsform jedoch, wird wenigstens 60%, vorzugsweise wenigstens 75% der Wärmeübertragung zu der inneren Leitung Strahlungsübertragung von der äußeren Wand der Leitung sein.Of course, some heat will be transferred from the exhaust gases to the inner duct by radiation and convection. However, in a typical embodiment, at least 60%, preferably at least 75% of the heat transfer to the inner duct will be radiative transfer from the outer wall of the duct.

Der Oberflächenbereich pro Einheitslänge kann vergrößert werden, indem die innere Oberfläche der äußeren Leitung mit einer Vielzahl von Rippen mit einem Querschnitt, der kontinuierlich über den Teil der äußeren Leitung anwächst, versehen wird.The surface area per unit length can be increased by providing the inner surface of the outer conduit with a plurality of ribs having a cross-section that increases continuously over the portion of the outer conduit.

Der Anstieg des Oberflächenbereichs über den Bereich kann vorzugsweise kontinuierlich sein, z.B. durch Anbringen von Rippen mit einem Querschnitt, der kontinuierlich, wie oben beschrieben, ansteigt. Der Anstieg des Oberflächenbereichs kann jedoch, weniger bevorzugt, durch Mittel einer Anzahl kleiner, schrittweiser Änderungen in der Form der Querschnitte der äußeren Leitung erreicht werden, z.B. durch Herstellung der äußeren Leitung aus einer Vielzahl von Blöcken, die entlang der Länge der Leitung zusammengefügt wurden, wobei jeder einen etwas größeren inneren Bereich pro Einheitslänge besitzt.The increase in surface area over the area may preferably be continuous, e.g. by providing ribs with a cross-section which is continuous, as above However, less preferably, the increase in surface area may be achieved by means of a number of small, incremental changes in the shape of the cross-sections of the outer conduit, e.g. by making the outer conduit from a plurality of blocks assembled along the length of the conduit, each having a slightly larger internal area per unit length.

Die Querschnittsfläche der äußeren Leitung nimmt vorzugsweise über ihre Länge oder vorzugsweise wenigstens über einen Teil ihrer Länge ab. Dies bewirkt, daß die Geschwindigkeit des Gasstromes in dem Raum zwischen den inneren und äußeren Leitungen steigt, und so der Konvektionswärmeübertragung zwischen dem Gas und der Wand der äußeren Leitung zunimmt. Die Abnahme des Querschnittsbereichs kann durch Anbringen der Rippen ansteigender Größe, wie oben beschrieben erreicht werden. Alternativ, oder zusätzlich, kann die Abnahme der Querschnittsfläche aus einer schrittweisen oder kontinuierliche Abnahme im Durchmesser der äußeren Leitung herrühren. Erhöhte Rippen können entlang der gesamten oder einem Teil der Länge der äußeren Wand der äußeren Leitung zur Verfügung gestellt werden, um die erwünschte Variation der Oberfläche und des Querschnitts zu erhalten. Beides, sowohl die Größe, als auch die Anzahl solcher Rippen kann über die Länge der äußeren Leitung erhöht werden.The cross-sectional area of the outer conduit preferably decreases along its length, or preferably at least along a portion of its length. This causes the velocity of gas flow in the space between the inner and outer conduits to increase, thus increasing the convective heat transfer between the gas and the wall of the outer conduit. The decrease in cross-sectional area can be achieved by providing fins of increasing size as described above. Alternatively, or additionally, the decrease in cross-sectional area can result from a gradual or continuous decrease in the diameter of the outer conduit. Raised fins can be provided along all or part of the length of the outer wall of the outer conduit to obtain the desired variation in surface area and cross-section. Both the size and the number of such fins can be increased along the length of the outer conduit.

Die äußere Oberfläche der Leitung wird bevorzugt durch Formen eines keramischen Materials, z.B. durch Formen eines keramischen Materials um einen wegwerfbaren Former, der die erwünschte Zahl von Rippen auf der äußeren Oberfläche aufweist, gebildet. Der wegwerfbare Former kann aus geschäumten Plastikmaterial, z.B. Polystyrol hergestellt werden. Nach Verfestigen der Keramik kann der wegwerfbare Former entfernt werden, durch Auflösung mit einem Lösungsmittel, oder stärker bevorzugt einfach durch Erhitzen der Keramik auf eine Temperatur, bei der das Plastikmaterial verbrennt.The outer surface of the conduit is preferably formed by molding a ceramic material, e.g. by molding a ceramic material around a disposable former having the desired number of ribs on the outer surface. The disposable former may be made of foamed plastic material, e.g. polystyrene. After the ceramic has solidified, the disposable former may be removed by dissolving it with a solvent, or more preferably simply by heating the ceramic to a temperature at which the plastic material burns.

Mehrere Former werden bevorzugt in einem einzigen Gießverfahren verwendet, um eine Vielzahl von verlängerten Durchgängen zur Verfügung zu stellen. In einer Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung, wird die Keramik in einer Länge von 7,5 bis 10 m gegossen. Dieses Verfahren der Herstellung zeitigt geringe Material- und geringe Herstellungskosten, und kann eine Struktur liefern, die bezüglich thermischer Beanspruchung, verglichen mit vorhergehenden Konstruktionen, wesentlich stärker ist.Multiple formers are preferably used in a single casting process to allow a variety of extended passes for In one embodiment of this aspect of the invention, the ceramic is cast in lengths of 7.5 to 10 m. This method of manufacture results in low material and low manufacturing costs, and can provide a structure that is significantly stronger with respect to thermal stress compared to previous designs.

In einem alternativen und bevorzugten Verfahren kann ein Keramikmaterial durch eine Press-Gießtechnik, z.B. unter Verwendung einer metallischen Form, gegossen werden. Bei Verwendung dieses Verfahrens ist es im allgemeinen notwendig das keramische Material, das die äußere Leitung ergeben soll in eine Vielzahl longitudinaler Abschnitte, mit einer maximalen Länge von z.B. 1 m oder weniger zu gießen.In an alternative and preferred method, a ceramic material may be cast by a press-casting technique, e.g. using a metallic mold. When using this method, it is generally necessary to cast the ceramic material which is to form the outer conduit into a plurality of longitudinal sections, with a maximum length of e.g. 1 m or less.

Das keramische Material wird vorzugsweise mit einer Vielzahl verlängerter longitudinaler Furchen, die sich entlang ihrer Abstrahlungsoberfläche erstrecken, geliefert. Derartige elongierte Furchen wurden als sehr vorteilhaft befunden, da sie die Widerstandsfähigkeit des keramischen Materials gegenüber thermischem Schock auf ein Maximum erhöhen. Die verlängerten Furchen können beispielsweise etwa 1 cm tief und 0,5 bis 1 mm breit sein. Sie können günstigerweise hergestellt werden, indem vor dem Brennen gezahnte, kammähnliche Teile durch das keramische Material gezogen werden.The ceramic material is preferably supplied with a plurality of elongated longitudinal grooves extending along its radiating surface. Such elongated grooves have been found to be very advantageous as they maximize the resistance of the ceramic material to thermal shock. The elongated grooves may, for example, be about 1 cm deep and 0.5 to 1 mm wide. They may conveniently be made by pulling toothed comb-like members through the ceramic material prior to firing.

Die zwei koaxial verlaufenden Röhren stehen an einem ihrer Enden miteinander in Kontakt, wobei sich dieses Ende in dem Bereich des Wärmeübertragungers, wo die Abagse am heißesten sind, befindet. Mit dieser Anordnung ist es nicht nötig die Wärmeübertragungflüssigkeit zu der inneren Leitung durch eine Brennkammer zu leiten, in der räumliche Temperaturfluktuationen vorkommen können. Solche Temperaturfluktuationen würden erneut dazu fürhen, daß der Wärmeaustauscher nicht bei der Grenztemperatur der Wärmeaustauschoberfäche der inneren Leitung betrieben werden könnte.The two coaxial tubes are in contact with each other at one of their ends, which end is located in the area of the heat exchanger where the waste gases are hottest. With this arrangement it is not necessary to lead the heat transfer fluid to the inner pipe through a combustion chamber in which spatial temperature fluctuations can occur. Such temperature fluctuations would again result in the heat exchanger not being able to operate at the limit temperature of the heat exchange surface of the inner pipe.

Die besondere Anordnung des erfindungsgemäßen Kohlenwasserstoffkrackofens ist vorteilhaft, da es optimale Temperaturverteilung den Reaktorröhren, ohne lokale "heiße Flecke" (hot spots) liefert. Der Krackofen der Erfindung kann vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise einen Wärmeaustauscher mit einschließen.The special arrangement of the hydrocarbon cracking furnace according to the invention is advantageous because it provides optimal temperature distribution the reactor tubes, without local "hot spots". The cracking furnace of the invention may preferably, but not necessarily, include a heat exchanger.

Der thermische Krackofen schließt, erfindungsgemäß vorzugsweise eine Anzahl von Wärmeaustauschröhren mit ein, die parallel angeordnet sind. Jede dieser Wärmeaustauschröhren kann innerhalb eines im allgemeinen hexagonalen Keramikblock, mit einem abstrahlenden Oberflächenbereich, der kontinuierlich über einen Teil ihrer Länge variiert angeordnet sein. Solche hexagonalen Blöcke passend gut zusammen, und liefern den größtmöglichen strukturellen Zusammenhalt, bei minimalem Gewicht. Die Wärmeaustauscher können in einer Anordnung, in der die Röhren vertikal gestapelt werden, vorhanden sein, um den Nachschub zu den verschiedenen Wärmeübertragungbereichen zu erleichtern. Es ist ein besonders vorteilhaftes Merkmal eines Wärmeaustauschers, der eine Vielzahl von Abgasleitungen in einen keramischen Block eingegossen besitzt, daß ein thermischer Krackofen hergestellt werden kann, der schnell an das Kracken verschiedener Ausgangsstoffe angepaßt werden kann. Verschiedene Ausgangsstoffe werden im allgemeinen verschiedene thermische Kracktemperaturen und Reaktionswärmen benötigen. In einem Wärmeaustauscher der Art mit erhöhten Rippen verschiedenen Querschnitts, kann die Wärmeübertragungtemperatur der inneren Leitung, durch die der Ausgangsstoff geleitet wird kontrolliert werden, durch geeignete Wahl der Größe und der Anzahl der auf dem keramischen Material gebildeten Rippen. Demgemäß können verschiedene keramische Blöcke mit unterschiedlichen Wärmeübertragungcharakteristika innerhalb des gleichen thermischen Krackofens ausgetauscht werden, um ihn an verschiedene Ausgangsstoffe anzupassen.The thermal cracking furnace preferably includes, according to the invention, a number of heat exchange tubes arranged in parallel. Each of these heat exchange tubes may be arranged within a generally hexagonal ceramic block having a radiating surface area which varies continuously over a portion of its length. Such hexagonal blocks fit well together, providing the greatest possible structural integrity with minimal weight. The heat exchangers may be in an arrangement in which the tubes are stacked vertically to facilitate supply to the various heat transfer areas. It is a particularly advantageous feature of a heat exchanger having a plurality of exhaust pipes cast into a ceramic block that a thermal cracking furnace can be made which can be quickly adapted to crack different feedstocks. Different feedstocks will generally require different thermal cracking temperatures and heats of reaction. In a heat exchanger of the type with raised fins of different cross-section, the heat transfer temperature of the inner pipe through which the feedstock is passed can be controlled by appropriately choosing the size and number of fins formed on the ceramic material. Accordingly, different ceramic blocks with different heat transfer characteristics can be exchanged within the same thermal cracking furnace to adapt it to different feedstocks.

Weiterhin ist die Gestaltung des thermischen Krackofens erfindungsgemäß dergestalt, daß ein bestehender Ofen sehr leicht in einen erfindungsgemäßen Ofen umgewandelt werden kann, indem einfach ein Keramikblock und eine Röhrenstruktur darin zur Verfügung gestellt wird.Furthermore, the design of the thermal cracking furnace according to the invention is such that an existing furnace can be very easily converted into a furnace according to the invention by simply providing a ceramic block and a tube structure therein.

Wenigstens ein zusätzlicher Wärmeaustauscher wird vorzugsweise inkorporiert, um schnelles Kühlen des thermisch abgebauten Materials bei seinem Austritt aus dem Ofenbereich zu ermöglichen. Schnelles Kühlen auf diese Weise minimiert die Bildung unerwünschter Nebenprodukte. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der zusätzliche Wärmeaustauscher vom koaxialen Typus, wie oben beschrieben, sein, wobei Wasser unter hohem Druck in die innere Leitung gebracht wird, wodurch Dampf mit hohem Druck in der äußeren Leitung entsteht.At least one additional heat exchanger is preferably incorporated to enable rapid cooling of the thermally degraded material as it exits the furnace area. Rapid cooling in this manner minimizes the formation of undesirable by-products. In a preferred embodiment, the additional heat exchanger may be of the coaxial type, as described above, wherein water under high pressure is introduced into the inner conduit, thereby producing high pressure steam in the outer conduit.

Eine Anzahl von Ausführungsformen der verschiedenen Aspekte der Erfindung werden nun beschrieben, mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen, in denen:A number of embodiments of the various aspects of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings in which:

Figur 1 ein schematisches Diagramm eines thermischen Krackofens darstellt, in dem erfindungsgemäß ein Wärmeaustauscher inkorporiert ist,Figure 1 is a schematic diagram of a thermal cracking furnace in which a heat exchanger is incorporated according to the invention,

Figur 2 ein vergrößertes Bild einer Ausführungsform einer inneren Leitung ist, undFigure 2 is an enlarged image of an embodiment of an inner conduit, and

Figur 3 ein schematischer Schnitt und Vorderansicht in Richtung der Pfeile 3-3 des Teils des Ofens aus Figur 1 ist.Figure 3 is a schematic section and front view in the direction of arrows 3-3 of the part of the furnace of Figure 1.

Mit Bezug zuerst zu Figur 1 und 2, ein Ofen zum thermischen Kracken von Kohlenwasserstoffen umfaßt ein Gehäuse (1), das eine innere Schicht (2) eines isolierenden Materials enthält, das z.B. ein keramisches Material sein kann. Ein Brenner (3) ist an einem Ende des Gehäuses (1) angebracht, und ist eingestellt, um eine geeignetes Kohlenwasserstoffmaterial zu verbrennen, das durch Leitung (4) zugeführt wird. Verbrennungsluft für den Brenner (3) wird durch Pumpe (7) durch eine Leitung (9) zugeführt, und wird in den Wärmeaustauschern (18a) und (18b) vorgeheizt, und in die Nähe des Brenners (3) mittels einer Leitung (6b) geführt. Zusätzliches Aufheizen dieser Luft kann, wenn erwünscht, durch Leiten zwischen Gehäuse (1) und Isoliermaterial (2) zu Brenner (3) erreicht werden.Referring first to Figures 1 and 2, a furnace for thermal cracking of hydrocarbons comprises a housing (1) containing an inner layer (2) of an insulating material, which may be, for example, a ceramic material. A burner (3) is mounted at one end of the housing (1) and is adjusted to burn a suitable hydrocarbon material supplied through line (4). Combustion air for the burner (3) is supplied by pump (7) through line (9), and is preheated in heat exchangers (18a) and (18b) and passed to the vicinity of the burner (3) by means of line (6b). Additional heating of this air can, if desired, be achieved by passing it between the housing (1) and the insulating material (2) to the burner (3).

Der kohlenwasserstoff Brennstoff, der durch die Leitung (4) zugeführt wird, kann, wenn erwünscht, ebenfalls aufgeheizt werden , bevor er zum Brenner (3) geführt wird.The hydrocarbon fuel supplied through line (4) can, if desired, also be heated before being fed to the burner (3).

Der Ofen schließt einen Block von acht Wärmeaustauschern mit ein, von denen zwei generell mit (8) in Figur 1 bezeichnet wurden, und die detaillierter in Figuren 2 und 3 veranschaulicht sind. Wärmeaustauscher (8) umfassen einen Keramikblock (9), in dem eine Leitung angeordnet ist, wieder schematisch mit (10) in Figur 1 gezeigt, und detaillierter in Figur 2, definiert, zwischen Block (9) und einer Röhre (12), die untenstehend detaillierter beschrieben wird. Praktisch wird generell eine große Anzahl von Leitungen, beispielsweise typischerweise sechs oder acht verwendet.The furnace includes a block of eight heat exchangers, two of which have been generally designated (8) in Figure 1 and which are illustrated in more detail in Figures 2 and 3. Heat exchangers (8) comprise a ceramic block (9) in which a conduit is arranged, again shown schematically at (10) in Figure 1 and defined in more detail in Figure 2, between block (9) and a tube (12) which is described in more detail below. In practice, a large number of conduits are generally used, for example typically six or eight.

Figur 3 ist eine schematische Zeichnung in Richtung der Pfeile 3-3 in Figur 1, die den Aufbau der äußeren Leitung des Wärmeaustauschers (8) aus einer Vielzahl von im allgemeinen hexagonalen Keramikblöcken (9a) bis (9h) zeigen. Blöcke (9a) bis (9h) in Figur 3 zeigen der progressiven Wechsel in den Querschnitten der hexagonalen keramischen Blöcke entlang ihrer Länge, wie im folgenden detaillierter beschrieben.Figure 3 is a schematic drawing taken in the direction of arrows 3-3 in Figure 1 showing the construction of the outer conduit of the heat exchanger (8) from a plurality of generally hexagonal ceramic blocks (9a) through (9h). Blocks (9a) through (9h) in Figure 3 show the progressive change in the cross-sections of the hexagonal ceramic blocks along their length, as described in more detail below.

Innerhalb der Leitungen (10) befinden sich die inneren Leitungen (11), die drei konzentrische Röhren besitzen, eine äußere Röhre (12), deren äußere Oberfläche eine Wärmeaustauschoberfläche mit den vom Brenner (3) hergestellten Abgasen darstellt, eine Zwischenröhre (13) zur Versorgung mit heißem Dampf zum Verdünnen und eine innere Röhre (14) zur Versorgung mit Ausgangsstoffen. In Figur 3, sind Leitungen (10) in jedem der Blöcke (9a) bis (9h) vorhanden, sind aber zur Klarheit nur im Block (9a) illustriert. Die verschiedenen Röhren (12), (13) und (14) treffen sich am Ende (15) der Röhre (10).Inside the ducts (10) are the inner ducts (11) which have three concentric tubes, an outer tube (12) whose outer surface represents a heat exchange surface with the exhaust gases produced by the burner (3), an intermediate tube (13) for supplying hot steam for dilution and an inner tube (14) for supplying raw materials. In Figure 3, ducts (10) are present in each of the blocks (9a) to (9h) but are illustrated only in block (9a) for clarity. The various tubes (12), (13) and (14) meet at the end (15) of the tube (10).

Abgase des Brenners (3) passieren Leitungen (10) und tauschen mit Keramikblock (9) Wärme aus. Wärmeübertragung mit Röhren (12) geht hauptsächlich mittels Strahlung von der inneren Oberfläche der Keramikblöcke (9) vonstatten. Nach Passieren der Röhren (12) werden Abgase vom Brenner (3) durch den Wärmeübertragungturm (20) geleitet. Der Wärmeaustauschturm (20) schließt verschiedene Wärmeaustauscher konventioneller Form mit ein, um den Kohlenwasserstoffnachschub, die Luft und den Dampf vorzuheizen, und den Kohlenwasserstoffnachschub zu verdünnen. Der Wärmeaustauscherturm (20) kann auch dazu verwendet werden, den Brennstoff für Brenner (3), wie oben beschrieben, vorzuheizen.Exhaust gases from the burner (3) pass through pipes (10) and exchange heat with ceramic block (9). Heat transfer with tubes (12) takes place mainly by radiation from the inner surface of the ceramic blocks (9). After passing through the tubes (12), exhaust gases from the burner (3) are passed through the heat transfer tower (20). The heat exchange tower (20) includes various heat exchangers of conventional form to exchange the hydrocarbon supply, air and steam. and dilute the hydrocarbon supply. The heat exchanger tower (20) can also be used to preheat the fuel for burners (3) as described above.

Im Besonderen schließt der Wärmeaustauscherturm Wärmeaustauscher (18a) und (18b) mit ein, zum Vorheizen der Verbrennungsluft, wie oben beschrieben. Der Turm schließt ebenso Wärmeaustauscher (22a), (22b) und (22c) zum Vorheizen des Nachschubs, der gespalten werden soll, und durch Leitung (23) zugeführt wird, mit ein. Dampf mit hoher Temperatur wird durch Leitung (25) zugeführt, durch Leitungen (25a) und (25b) zu Wärmeaustauscher (26a) und (26b). Der Dampf mit hoher Temperatur, der in den Wärmeaustauschern (26a) und (26b) hergestellt wird, wird zusammen mit dem erhitzten Ausgangsstoff in Leitung (11) geleitet. Im Besonderen (unter Bezug zu Figur 2) wird der Nachschub mittels Rohr (14) zugeführt, und überhitzter Dampf via Röhre 13. Wenn der Ofen zum thermischen Kracken von Erdöl verwendet wird, wird der Erdölnachschub generell in Röhre (14) bei einer Temperatur von etwa 620ºC geleitet, und überhitzter Dampf bei einer Temperatur von etwa 1100ºC in Röhre 13.In particular, the heat exchange tower includes heat exchangers (18a) and (18b) for preheating the combustion air as described above. The tower also includes heat exchangers (22a), (22b) and (22c) for preheating the feed to be cracked, which is supplied through line (23). High temperature steam is supplied through line (25) through lines (25a) and (25b) to heat exchangers (26a) and (26b). The high temperature steam produced in heat exchangers (26a) and (26b) is passed along with the heated feedstock into line (11). In particular (with reference to Figure 2), the replenishment is supplied via pipe (14) and superheated steam via tube 13. When the furnace is used for thermal cracking of petroleum, the petroleum supply is generally supplied into tube (14) at a temperature of about 620ºC and superheated steam at a temperature of about 1100ºC into tube 13.

Wärmeaustauscherturm (20) schließt ebenso ein zusätzliches Wärmeübertragungelement (28) mit ein, um Wasser für den im Wärmetauscher (17) verwendeten Heizkessel vorzuheizen.Heat exchanger tower (20) also includes an additional heat transfer element (28) to preheat water for the boiler used in the heat exchanger (17).

Die Struktur der inneren Leitungen (11) wird detaillierter beschrieben, mit Bezug auf Figur 2. Figur 2 illustriert eine innere Leitung der Art, wie sie in Figur 1 gezeigt ist, in der der zu krackende Kohlenwasserstoff, beispielsweise Erdöl via einer Leitung (30) in die innere Röhre (14) geleitet wird. Vorzugsweise wird dem Kohlenwasserstoff eine kleine Menge Dampf zur Verdünnung in dem Konvektionsabschnitt zugesetzt. Beispielsweise sind die zum Kracken von LPG, Erdöl und Gasöl verwendeten Verhältnisse (nach Gewicht) vorzugsweise 0,3 bis 0,6, 0,4 bis 0,8, beziehungsweise 0,6 bis 1,0, bevorzugter etwa 0,4, 0,5 beziehungsweise 0,8. Überhitzter Dampf wird via Leitung (31) in den Raum zwischen Röhren (14) und (13) geleitet. Öffnungen (nicht gezeigt) können entlang der Länge von Röhre (14) vorgesehen sein, um den Erdölnachschub zu ermöglichen, sich mit dem überhitzten Dampf, der durch Röhre (31) zugeleitet wird, zu mischen. Bei ihrem Aufenthalt innerhalb der Röhre (13) befinden sich der Kohlenwasserstoffnachschub und der überhitzte Dampf bei einer relativ niedrigen Temperatur, die nicht ausreicht um wesentliches thermisches Kracken stattfinden zu lassen. Am Ende (15) der Leitung(11) passiert das Kohlenwasserstoff/Dampfgemisch den Bereich zwischen der Röhre (13), und der äußeren Röhre (12). Hier findet Wärmeübertragung mit der metallischen Oberfläche der äußeren Röhre (12) statt. Aufgrund des vergrößerten Oberflächenbereichs der inneren Oberfläche der Blöcke (9), bleibt die Temperatur der äußeren Oberfläche von Rohr (12) im wesentlichen über den Teil seiner Länge, für welchen der Strahlungsbereich pro Längeneinheit ansteigt, konstant.The structure of the inner conduits (11) will be described in more detail with reference to Figure 2. Figure 2 illustrates an inner conduit of the type shown in Figure 1 in which the hydrocarbon to be cracked, for example petroleum, is fed via a conduit (30) into the inner tube (14). Preferably, a small amount of steam is added to the hydrocarbon for dilution in the convection section. For example, the ratios used for cracking LPG, petroleum and gas oil are preferably 0.3 to 0.6, 0.4 to 0.8 and 0.6 to 1.0 respectively (by weight), more preferably about 0.4, 0.5 and 0.8 respectively. Superheated steam is fed via conduit (31) into the space between tubes (14) and (13). Openings (not shown) may be provided along the length of tube (14) to enable the petroleum feed to mix with the superheated steam supplied through tube (31). While within tube (13), the hydrocarbon feed and superheated steam are at a relatively low temperature insufficient to allow substantial thermal cracking to occur. At the end (15) of conduit (11), the hydrocarbon/steam mixture passes through the region between tube (13) and outer tube (12). Here, heat transfer takes place with the metallic surface of outer tube (12). Due to the increased surface area of the inner surface of blocks (9), the temperature of the outer surface of tube (12) remains substantially constant over that portion of its length for which the radiant area per unit length increases.

Die Leitung (10), in der sich die Röhre (12) befindet ist an ihrer inneren Oberfläche mit nach innen gerichteten Rippen, wie detaillierter mit Bezug auf Figur 3 illustriert, versehen.The conduit (10) in which the tube (12) is located is provided on its inner surface with inwardly directed ribs, as illustrated in more detail with reference to Figure 3.

Figur 3 ist ein schematisches Diagramm, das den Wechsel in dem inneren Querschnitt der Blöcke (9) entlang ihrer Länge zeigt. Vier allgemeine Typen von Blöcken werden in Figur 3 illustriert, und obwohl bei jedem gegebenen Querschnittspunkt entlang ihrer Länge, alle Leitungen (10) den gleichen Querschnitt besitzen, zeigen die verschiedenen Blöcke (9a) bis (9h) in Figur 3 die Querschnitte von Blöcken (9) bei verschiedenen Punkten entlang ihrer Länge. Demzufolge illustrieren die Blöcke (9c), (9d), (9g) und (9h) den für die Blöcke (9) verwendeten Querschnitt am Ende des Wärmeaustauschers, benachbart zum Brenner (3). Entlang dieses Bereichs ihrer Länge besitzen die Blöcke (9) einen, über eine Länge von etwa 3 Metern im wesentlichen konstanten Querschnitt. Nur drei große Stützen (36), (37) und (38) werden in den Blöcken (9) zur Unterstützung und Lokalisierung der Röhren (12) zur Verfügung gestellt. Über den nächsten benachbarten Bereich von etwa 3 Metern der Röhre (10), werden kleine Zähne (40) zur Verfügung gestellt, zwischen den Hauptunterstützungsgruppe (36), (37) und (38), wie in den mit (9f) und (9e) bezeichneten Blöcken in Figur 3 gezeigt. Die Größe dieser Unterstützungsrippen steigt kontinuierlich über den zentralen Bereich der leitung 10 an, dergestalt, daß, bei einer Entfernung von 6 Metern vom Brenner (3) die Rippen (40) eine ungefähre Höhe von 2,5 cm besitzen. Der Gesamtdurchmesser der Leitung (10) fällt von etwa 34 cm, gleich neben dem Brenner (3) auf 27 cm, in einer Entfernung von 6 Metern von dem Brenner (3). Block (9a) illustriert den Querschnitt von den Blöcken (9) an ihren von Brenner (3) entfernten Ende, eine Entfernung von ungefähr 9 Metern. An diesem Punkt beträgt der Durchmesser der Leitung (10) ungefähr 27 cm. Sowohl der Wechsel der Höhe der Zähne (40), als auch der Wechsel des Gesamtdurchmessers der Leitung (10) sind im wesentlichen über wenigstens einen Teil der Länge der Leitung (10) konstant.Figure 3 is a schematic diagram showing the variation in the internal cross-section of the blocks (9) along their length. Four general types of blocks are illustrated in Figure 3 and although at any given cross-section point along their length all the conduits (10) have the same cross-section, the various blocks (9a) to (9h) in Figure 3 show the cross-sections of blocks (9) at different points along their length. Thus blocks (9c), (9d), (9g) and (9h) illustrate the cross-section used for the blocks (9) at the end of the heat exchanger adjacent the burner (3). Along this region of their length the blocks (9) have a substantially constant cross-section over a length of about 3 metres. Only three large supports (36), (37) and (38) are provided in the blocks (9) to support and locate the tubes (12). Over the next adjacent area of about 3 meters of the tube (10), small teeth (40) are provided, between the Main support group (36), (37) and (38) as shown in the blocks labelled (9f) and (9e) in Figure 3. The size of these support ribs increases continuously over the central region of the line 10 such that, at a distance of 6 metres from the burner (3), the ribs (40) have an approximate height of 2.5 cm. The overall diameter of the line (10) drops from about 34 cm, just adjacent to the burner (3), to 27 cm, at a distance of 6 metres from the burner (3). Block (9a) illustrates the cross-section of the blocks (9) at their end remote from the burner (3), a distance of about 9 metres. At this point the diameter of the line (10) is about 27 cm. Both the change in height of the teeth (40) and the change in the overall diameter of the line (10) are substantially constant over at least part of the length of the line (10).

Zusätzliche Keramikblöcke (41) werden zur Unterstützung der geformten Blöcke (9a) bis (9h) zur Verfügung gestellt.Additional ceramic blocks (41) are provided to support the molded blocks (9a) to (9h).

In Figur 1 sind ebenso verschiedene andere Leitungen, Gefäße und Wärmeaustauscher illustriert, beispielsweise Dampfbehälter (45) und Transferleitungsaustauscher (46), wie sie in herkömmlichen thermischen Krackverfahren verwendet werden, wobei deren Funktion nicht im einzelnen erläutert werden muß.Also illustrated in Figure 1 are various other lines, vessels and heat exchangers, such as steam vessels (45) and transfer line exchangers (46) as are used in conventional thermal cracking processes, although their function need not be explained in detail.

Der oben offenbarte thermische Krackofen besitzt eine Anzahl von wesentlichen Vorteilen im Vergleich mit herkömmlichen thermischen Kracköfen. In herkömmlichen Öfen sind Wärmeübertragungröhren innerhalb eines großen Feuerblocks untergebracht, und kurze Verweilzeiten werden eher durch Verwendung mehrerer kleiner Wärmeübertragungröhren als durch eine einzige, große erreicht, so daß das Oberflächen-Volumenverhältnis ansteigt. Die Verwendung solcher in einem Feuerblock untergebrachten Wärmeaustauscher macht es jedoch sehr schwierig eine gleichmäßige Verteilung der Wärme über die Rohroberfläche hinweg zu erhalten, insbesondere im Hinblick auf ihre kleine Größe. Dies führt zu Verkokungsraten, die für die verschiedenen Wärmeaustauscher unterschiedlich sind, und demzufolge wesentliche Druckabfälle.The thermal cracking furnace disclosed above has a number of significant advantages compared to conventional thermal cracking furnaces. In conventional furnaces, heat transfer tubes are housed within a large fire block, and short residence times are achieved by using several small heat transfer tubes rather than a single large one, so that the surface area to volume ratio increases. However, the use of such heat exchangers housed within a fire block makes it very difficult to obtain an even distribution of heat across the tube surface, particularly in view of their small size. This leads to coking rates that are different for the different heat exchangers and, consequently, significant pressure drops.

In dem oben beschriebenen Ofen besitzt jeder Wärmeaustauscher seine eigene Nachschubzuführung, Strömung und Druckabfälle über den Wärmetauscher hinweg können somit unabhängig kontrolliert werden.In the furnace described above, each heat exchanger has its own supply line, so flow and pressure drops across the heat exchanger can be independently controlled.

Natürlicherweise sind verschiedene andere Ausführungsformen der Erfindung, andere als die oben beschriebenen, innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche möglich.Naturally, various other embodiments of the invention other than those described above are possible within the scope of the appended claims.

Insbesondere werden in einer anderen Ausführungsform der inneren Leitung (11) (nicht gezeigt) Kohlenwasserstoff und überhitzter Dampf in einen einzigen inneren Raum geleitet.In particular, in another embodiment of the inner conduit (11) (not shown), hydrocarbon and superheated steam are conducted into a single inner space.

Wir haben festgestellt, daß es mit der illustrierten Ausführungsform aufgrund des ausgezeichneten Temperaturprofils des reaktors möglich ist, thermisches Kracken mit einer Reaktorinnenwandtemperatur in einer Höhe von 950ºC oder mehr, ohne thermisches Versagen des Reaktors über ausgedehnte Zeitspannen durchzuführen. Dies ist bedeutend, da bei derart hohen Temperaturen, die Rate der chemischen Reaktion, die in dem Reaktor das den Kohlenstoffaufbau zersetzt (die sogenannte "Wechsel-Reaktion") größer wird, als die Rate der chemischen Reaktionen, die zum Aufbau von Kohlenstoff führt. Da der Reaktor bei einer Temperatur oberhalb dieser kritischen Temperatur betrieben werden kann, bei der die Wechselreaktion schneller abläuft, als die Kohlenstoffaufbaureaktion, kann er über lange Zeitspannen hinweg, ohne wesentliche Koksbildung betrieben werden.We have found that with the illustrated embodiment, due to the excellent temperature profile of the reactor, it is possible to conduct thermal cracking with a reactor interior wall temperature as high as 950°C or more, without thermal failure of the reactor for extended periods of time. This is significant because at such high temperatures, the rate of chemical reaction occurring in the reactor that decomposes carbon buildup (the so-called "switching reaction") becomes greater than the rate of chemical reactions that lead to carbon buildup. Since the reactor can be operated at a temperature above this critical temperature, where the switching reaction occurs faster than the carbon buildup reaction, it can be operated for long periods of time without significant coke formation.

Weiterhin ermöglicht die besondere Anordnung des Krackofens erfindungsgemäß das Erreichen eines wesentlich reduzierten Gesamt-Ofenvolumens für einen gegebenen Durchsatz. Beispielsweise kann ein Durchsatz, der einen Ofen einer herkömlichen Anordnung mit einem Volumen von 300 m³ benötigen würde, mit einem erfindungsgemäßen Ofen mit einem Volumen von 25 m³ erreicht werden.Furthermore, the special arrangement of the cracking furnace according to the invention enables a significantly reduced total furnace volume to be achieved for a given throughput. For example, a throughput that would require a furnace of a conventional arrangement with a volume of 300 m³ can be achieved with a furnace according to the invention with a volume of 25 m³.

Claims

1. Hydrocarbon cracking furnace (1) comprising at least

a cracking reactor (8) having a first tube (14) connected to an inlet end for replenishment, the tube being open downstream and disposed substantially coaxially within a second tube (12), and connected to an outlet end for the cracked products and closed close to the first tube and around the open end of the first tube, the first and second tubes being in contact with each other at a first end (15) of the reactor,

a burner (3) disposed near the first end of the reactor and oriented to produce a flow of hot exhaust gases into an exhaust conduit (10) and around the second tube in a direction consistent with the flow of the supply into an internal conduit (11) defined by the annular space between the first and second tubes, the first end (15) of the reactor being disposed in the flow of exhaust gases from the burner (3) and the reactor extending downstream of the flow of exhaust gases from the first end.

2. A furnace according to claim 1, having means (9) defining an outer wall of an exhaust duct (10) intended to contain the flow of hot exhaust gases, the means (9) being arranged around the inner duct (11), for heat transfer between the outer wall and the duct (11), wherein the cross-sectional area of the exhaust duct (10) is varied and/or the surface area per unit length of the exhaust duct (10) is increased along at least a portion of the length of the exhaust duct (10) to provide, in operation, an inwardly directed radiant heat flow from the outer wall varying along the portion of the length of the exhaust duct (10) to compensate for temperature drop of the exhaust gas flowing in the exhaust duct (10).

3. A furnace according to claim 2, wherein the means (9) defining the outer wall of the exhaust duct are provided with a plurality of inwardly directed ribs (30, 40) having a cross-sectional area which increases along the part of the length of the exhaust duct.

4. A furnace according to claim 3, wherein the cross-sectional area increases continuously along the portion of the length of the exhaust conduit.

5. A furnace according to any preceding claim, wherein the tube (12) defining the inner conduit (11) comprises a pair of coaxial tubes (12,13), wherein the innermost (13) of the two coaxial tubes is adapted to deliver hydrocarbon replenishment to the end (15) of the reactor.

6. Oven according to one of claims 2 to 5, wherein the means (9) defining the outer wall of the exhaust duct comprise a ceramic block.

7. A furnace according to any preceding claim, wherein the tube (12) defining the inner conduit comprises a metallic tube.

8. Furnace according to one of claims 2 to 7, wherein the cross-sectional area of the exhaust gas line (10) decreases over the part of its length in the direction away from the burner (3).

9. A hydrocarbon cracking process comprising supplying a stream of hydrocarbon to be cracked into the feed inlet port (30) of a furnace as defined in any one of the preceding claims and producing from the burner a stream of exhaust gas into the exhaust line (10) and thereby cracking the hydrocarbon stream.

10. A method according to claim 9, wherein the furnace is operated so that the temperature of the second tube (12) is kept substantially constant over at least a portion of its length corresponding to the portion of the exhaust line.