-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Betrachten einer Flamme im Pyrolyseabschnitt eines Reaktors
in Form eines Erdölcrackers.
-
Bei
einem Erdölcracker
werden große
Kohlenwasserstoffmoleküle,
wie Ethan und Propan, aus Erdgas oder schwerere Flüssigkeiten,
wie Rohbenzin und Gasöl,
aus Erdöl
in kleinere Moleküle
gespalten. Das erfolgt oft, um Olefine, wie Ethylen, bereitzustellen,
die selbst nützlich
sind oder bei Polymerisationsverfahren verwendet werden können.
-
Im
Falle von Ethan und Propan wird das Gas auf mehr als etwa 800°C erhitzt,
zu diesem Zeitpunkt zerbrechen Bindungen innerhalb des Moleküls, womit
ein Bereich kleinerer Moleküle
erzeugt wird. Die gewünschten
Produkte werden dann herausgetrennt. Das gleiche Prinzip gilt, wenn
höhersiedende
Substanzen gecrackt werden, da die Moleküle jedoch viel größer sind,
wird ein weit größerer Bereich
von kleineren Molekülen
bereitgestellt. Obwohl einige Verfahren eine geringere Ausbeute
von Olefinen liefern, werden viele andere nützliche Nebenprodukte erzeugt.
-
In
einer typischen Crackeranlage für
Ethan erfolgt das Cracken in einem Pyrolyseabschnitt. Ethan wird
hier durch ein Labyrinth von Rohren mit 100 bis 150 mm Durchmesser
gepumpt, die sich in einem Ofen befinden, wo es auf etwa 800°C erhitzt wird
und sich spaltet. Ethan kommt nie in direkten Kontakt mit der Wärmequelle,
wenn das der Fall wäre,
würde es
zu einer verheerenden Entzündung kommen.
-
Der
Pyrolyseabschnitt weist typischerweise eine Vielzahl von Brennern
auf, die an die Rohre angrenzend angeordnet sind, durch die das
Ethan gepumpt wird. Die Brenner verbrennen einen Brennstoff, wie
Erdgas, um das Gas in den Rohren auf die erforderliche Temperatur
zu erhitzen.
-
Um
den maximalen thermischen Wirkungsgrad des Crackers zu erreichen,
sollte die Flamme jedes Brenners bei der gewünschten Größe und Orientierung gehalten
werden. Das kann erfolgen, indem die dem Brenner zugeführte Brennstoffmenge
geregelt und/oder das Verhältnis
zwischen zugeführtem Brennstoff
und Luft geregelt und/oder die Richtung der Brennstoffstrahlen geregelt
wird.
-
Um
die Größe und Orientierung
der Brennerflammen zu überwachen,
beobachtet der Betreiber die Flammen in regelmäßigen Abständen und nimmt dann irgendwelche
Regelungen vor, die erforderlich sein können. Die Hitze im Pyrolyseabschnitt ist
jedoch derart, daß die
Wände des
Crackers auf eine Temperatur von etwa 1100°C erhitzt werden. Folglich wird
von den Wänden
Strahlungswärme
abgegeben, wodurch ein leuchtender Hintergrund erzeugt wird, vor
dem die Brennerflammen schwer zu erkennen sind.
-
In
der Vergangenheit wurde dieses Problem gelöst, indem den Flammen entweder
Kupfer- oder Natriumbicarbonat zugesetzt wurde, wodurch sich eine
Farbe ausbildete, die vor dem hellen Hintergrund der Wände des
Crackers sichtbar war. Dazu mußte
jedoch die Pyrolysekammer geöffnet
werden und das Kupfer- oder Natriumbicarbonat in die Flammen geworfen
werden. Es ist selbstverständlich,
daß das
bei den betreffenden Betriebstemperaturen ein komplexes Verfahren
ist, das zu deutlichen Unbequemlichkeiten und Energieverlusten führt.
-
Die
vorliegende Erfindung versucht ein Verfahren zum Betrachten der
Flammen von Brennern in einem Ofen, wie der Pyrolysekammer eines Crackers,
bereitzustellen, das schnell und leicht und ohne den zwangsweisen
Wärmeverlust
aus dem Ofen durchgeführt
werden kann.
-
Die
Anmelder haben erkannt, daß die
Brennerflammen, wenn von den Brennerflammen emittiertes Licht oder
ein Teil dieses Lichtes von der Lichtstrahlung des Hintergrunds
im Ofen abgetrennt werden kann, ohne notwendige komplexe Lösungen,
wie das Einwerfen von Zusätzen
in die Flamme, betrachtet werden kann.
-
US-A-4,820,046
offenbart ein Verfahren zum Betrachten der von einem Brenner in
einem Ofen erzeugten Flamme, das das Betrachten der Flamme durch
einen Interferenzfilter umfaßt.
-
Nach
einem ersten Gesichtspunkt ist die vorliegende Erfindung gegenüber US-A-4,820,046
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ofen der Pyrolyseabschnitt eines Erdölcrackers ist, der vom Brenner
verbrannte Brennstoff Erdgas ist und der Interferenzfilter so gestaltet
ist, daß nur
Licht mit der Wellenlänge
von Natrium hindurchgeht.
-
Folglich
wirkt der Interferenzfilter so, daß er den größten Teil des Umgebungslichtes
des Ofens nicht hindurchläßt, so daß die Brennerflamme
deutlich sichtbar ist.
-
Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
ist der Ofen der Pyrolyseabschnitt eines Erdölcrackers. Das Verfahren ist
in einer solchen Umgebung besonders vorteilhaft, da die Wände des
Crackers auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt werden, so daß sie signifikante
Mengen von weißem
Licht emittieren, das das Betrachten der Flamme eines Brenners im
Cracker unter normalen Umständen
erschwert oder sogar unmöglich
macht.
-
Der
Brennstoff, der im Erdölcracker
verbrannt wird, ist typischerweise Erdgas und besonders typisch
ein Gemisch aus Wasserstoff, Methan und Luft. Tests haben gezeigt,
daß dieser
Brennstoff Spurenmengen von Natrium enthalten kann. Der Grund dafür ist nicht
bekannt, es wird jedoch angenommen, daß er darin besteht, daß Methan
und Erdgas oft aus Umgebungen kommen, in denen Salze vorliegen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren
ist der verwendete Filter folglich ein Interferenzfilter für Natrium,
der im wesentlichen alles Licht außer dem Licht von Natrium herausfiltert,
das von den Spurenmengen des elementaren Natriums im Brennstoff emittiert
wird.
-
Der
Interferenzfilter für
Natrium hat folglich eine Bandbreite für den Durchlaß von etwa
10 nm, so daß Licht
mit der Wellenlänge
von 0,584 bis 0,594 μm durch
den Filter hindurchgehen kann. Stärker bevorzugt beträgt die Bandbreite
für den
Durchlaß 2
bis 5 nm und stärker
bevorzugt beträgt
die Bandbreite für den
Durchlaß 1
nm, so daß nur
Licht mit der Wellenlänge
von 0,589 μm
durch den Filter hindurchgeht.
-
Die
Verwendung eines Interferenzfilters für Natrium ist besonders vorteilhaft,
da im Ofen effektiv kein Licht mit der Wellenlänge von Natrium als Umgebungslicht
vorhanden ist, so daß die
Brennerflamme unter Anwendung dieses Verfahrens sehr deutlich sichtbar
ist.
-
Die
Verwendung eines Interferenzfilters für Natrium für das Betrachten der Brennerflamme
in einem Ofen wird als neu und aus eigenem Recht usw. als erfindungsgemäß angesehen,
nach einem weiteren Gesichtspunkt gibt die vorliegende Erfindung
ein Verfahren gemäß Anspruch
1 zum Betrachten der von einem Brenner in einem Ofen erzeugten Flamme an,
das das Betrachten der Flamme durch einen Interferenzfilter umfaßt, der
so gestaltet ist, daß nur Licht
mit der Wellenlänge
von Natrium hindurchgeht.
-
Der
Interferenzfilter für
Natrium kann irgendeine Form haben, und die Flamme im Brenner kann
durch eine Tür
betrachtet werden, die wie bei bekannten Systemen bei Verwendung
geöffnet
wird. Vorzugsweise ist jedoch in der Wand des Ofens ein Fenster
vorgesehen, durch das der Brenner betrachtet werden kann. Das hat
den Vorteil, daß der
Ofen nicht jedesmal geöffnet
werden muß,
wenn die Brenner betrachtet werden. Folglich wird die Temperatur im
Inneren des Ofens nicht gestört,
und es werden keine Wärmeströme erzeugt,
die die Wirkung der Brennerflamme stören können, wenn der Ofen in regelmäßigen Abständen geöffnet und
geschlossen wird.
-
Das
Fenster besteht vorzugsweise aus Quarz, das ein Material ist, das
dem Temperaturgradienten entlang der Wand des Ofens widerstehen kann,
wobei auch die erforderliche Transparenz geboten wird.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform kann
der Interferenzfilter als Platte bereitgestellt werden, die an das
Fenster des Ofens angebracht ist.
-
Noch
bevorzugter ist der Filter eine Platte, die vom Betreiber je nach
Bedarf über
dem Fenster angeordnet oder davon entfernt werden kann. Der Filter
kann z.B. schwenkbar an der Wand des Ofens angebracht sein, um dessen
schnelle und einfache Einstellung zu ermöglichen.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
ist eine Brille oder Schutzbrille vorgesehen, die in jeder ihrer Linsen
einen Interferenzfilter umfaßt.
Das hat den Vorteil, daß der
Betreiber die Brille z.B. von einem Ofen zum nächsten mit sich führen kann.
Die Schutzbrille hat den zusätzlichen
Vorteil, daß sie
auch bei einem herkömmlichen
Ofen verwendet werden kann, bei dem kein abgedichtetes Fenster vorgesehen
ist, sondern nur eine Tür
geöffnet
wird, wenn der Betreiber in das Innere des Ofens schauen möchte.
-
Bei
einer noch bevorzugteren Ausführungsform
der Erfindung kann der Interferenzfilter in einer Kamera vorgesehen
sein, die im Inneren des Ofens angeordnet und so gestaltet ist,
daß sie
den Brenner in regelmä ßigen Abständen photographiert.
Die Information von der Kamera kann für den Betreiber verstärkt werden,
der von einer entfernten Position irgendwelche erforderlichen Einstellungen
des Brenners vornehmen kann. Das wäre natürlich in einer großen Raffinerie
oder einer ähnlichen
Anlage für
die Massenproduktion von Vorteil, bei der beträchtlich viel Personal erforderlich
wäre, um
den Betrieb jedes Brenners an Ort und Stelle zu überwachen.
-
Idealerweise
kann die Kamera so programmiert werden, daß sie den Brenner alle 10 Minuten etwa
einmal photographiert.
-
Es
ist selbstverständlich,
daß der
Ofen normalerweise eine Vielzahl von Brennern einschließt, und
im Falle eines Erdölcrackers
können
10 oder mehr Brenner vorgesehen sein. Falls erforderlich kann die
Kamera folglich so programmiert werden, daß sie sich entlang einer Reihe
von Brennern bewegt und einige Bilder von entsprechenden Brennern oder
Gruppen davon macht.
-
Nach
einem weiteren Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine Vorrichtung
bereit, die einen Ofen, einen Brenner im Ofen und eine Einrichtung
zum Betrachten der vom Brenner erzeugten Flamme aufweist, wobei
die Einrichtung zum Betrachten der Flamme einen Interferenzfilter
umfaßt,
wobei der Ofen der Pyrolyseabschnitt eines Erdölcrackers ist, der Brenner
zum Verbrennen von Erdgas dient und der Interferenzfilter so gestaltet
ist, daß nur
Licht mit der Wellenlänge
von Natrium hindurchgeht.
-
Nach
einer bevorzugte Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung
ferner ein in der Wand des Ofens vorgesehenes Fenster, durch das
der Brenner betrachtet werden kann.
-
Das
Fenster ist vorzugsweise aus Quarz gefertigt.
-
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform kann
der Interferenzfilter als Platte vorgesehen sein, die an das abgedichtete
Fenster des Ofens angebracht ist.
-
Stärker bevorzugt
ist der Filter einer Platte, die vom Betreiber je nach Bedarf über dem
Fenster angeordnet oder davon entfernt werden kann. Der Filter kann
z.B. schwenkbar an die Wand des Ofens angebracht sein, wodurch dessen
schnelle und einfache Einstellung möglich ist.
-
Nach
einer anderen Ausführungsform
weist die Vorrichtung eine Brille oder Schutzbrille auf, die in jeder
ihrer Linsen einen Interferenzfilter umfaßt.
-
Nach
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
die Vorrichtung eine Kamera, in der der Interferenzfilter vorgesehen
ist, wobei die Kamera im Inneren des Ofens angeordnet und so gestaltet ist,
daß sie
den Brenner in regelmäßigen Abständen photographiert.
Die Information von der Kamera kann dann für einen Betreiber verstärkt werden,
der von einer entfernten Position die erforderlichen Einstellungen
des Brenners vornehmen kann.
-
Idealerweise
kann die Kamera so programmiert sein, daß sie den Brenner alle 10 Minuten
etwa einmal photographiert.
-
Es
ist selbstverständlich,
daß der
Ofen normalerweise eine Vielzahl von Brennern einschließt, und
im Falle eines Erdölcrackers
können
10 oder mehr Brenner vorgesehen sein. Falls erforderlich kann die
Kamera folglich so programmiert sein, daß sie sich entlang einer Reihe
von Brennern bewegt und Aufnahmen von entsprechenden Brennern oder Gruppen
davon macht.
-
Nunmehr
werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, welche zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung des Pyrolyseabschnittes eines Erdölcrackers;
und
-
2 eine
Schutzbrille gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
-
Wie
in 1 gezeigt, weist der Erdölcracker einen Pyrolyseabschnitt 1 auf,
in dem Erdöl
erhitzt wird, um das Crackverfahren durchzuführen. Der Pyrolyseabschnitt
weist eine Anzahl von Leitungen oder Rohren 3 auf, durch
die bei Verwendung Erdöl strömt. Brenner 5 sind
in der Basis 7 des Pyrolyseabschnittes vorgesehen, und
weitere Brenner 9 sind auch in der Rückwand 11 vorgesehen.
Die Brenner 5, 9 verbrennen ein Gemisch von Wasserstoff,
Luft und Methan, das ihnen durch ein Netzwerk von Rohren (nicht
gezeigt) zugeführt
wird.
-
Die
Brenner erzeugen jeweils eine bloße Flamme 13, deren
Größe und Orientierung
geregelt werden muß,
um das gleichmäßige Erhitzen
der Rohre 3 mit dem Erdöl
zu sichern. Um die Größe und Orientierung
der Flammen 13 zu überwachen,
ist in der Wand des Pyrolyseabschnittes ein Fenster 15 aus Quarz
vorgesehen. Das Fenster ist abgedichtet, so daß die Temperatur und Stabilität der Brennerflammen
im Inneren des Pyrolyseabschnittes von Luftströmen aus dem Fenster nicht beeinflußt werden.
-
Wie
in 2 gezeigt, ist eine Schutzbrille 17 vorgesehen,
die der Betreiber tragen soll, wenn er die Flammen 13 betrachtet.
Wie gezeigt, ist in jeder Linse der Schutzbrille ein Interferenzfilter 19 für Natrium vorgesehen.
Die Interferenzfilter für
Natrium weisen ein Durchlaßband
von etwa 1 nm auf, so daß nur Licht
mit einer Wellenlänge
von 0,589 μm
durch die Filter hindurchgehen kann. Wenn der Betreiber, der die
Schutzbrille trägt,
die Flammen 13 der Brenner 5, 9 durch
das Fenster 15 betrachtet, ist folglich nur Licht von Spurenmengen
von elementarem Natrium in den Brennerflammen sichtbar, und das
Umgebungslicht von den Wänden
des Pyrolyseabschnittes, die sehr stark weiß glühen, wird herausgefiltert. Der
Betreiber kann die Flammen folglich deutlich sehen und somit bestimmen,
ob irgendeine Regelung ihrer Größe und/oder
Orientierung erforderlich ist.
-
Irgendwelche
erforderlichen Regelungen der Brennerflammen erfolgen durch Einstellen
der Mengen des den einzelnen Brennern zugeführten Brennstoffs und/oder
des den Brennern zugeführten
Verhältnisses
von Luft zu Brennstoff und/oder durch Einstellung der Richtung des
von den einzelnen Brennern abgegebenen Brennstoffstrahls.
-
Es
ist selbstverständlich,
daß die
vorstehend beschriebene Ausführungsform
der Erfindung nur eine bevorzugte Ausführungsform davon darstellt. Folglich
können
dabei viele Abänderungen
vorgenommen werden, ohne vom beanspruchten Umfang der Erfindung
abzuweichen. Der Interferenzfilter kann z.B. in oder auf dem Fenster
des Ofens selbst oder in der innerhalb des Ofens angeordneten Kamera
statt in der vorstehend beschriebenen Schutzbrille vorgesehen sein.
-
Es
ist folglich selbstverständlich,
daß die
vorstehende Beschreibung nur als Beispiel angegeben ist und nicht
einschränkend
gedacht ist.