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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ofen zum thermischen Kracken
mit einer Feuerkammer, mehreren Strahlungsheizungsrohren, wobei
jedes Rohr einen Einlassschenkel, einen Auslassschenkel und einen
U-förmigen Rohrschlangenabschnitt
umfasst, der den Einlassschenkel mit dem Auslassschenkel verbindet.
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Es
ist seit langem bekannt, Kohlenwasserstoffe thermisch zu kracken,
um Olefine und andere leichte Kohlenwasserstoffprodukte zu produzieren.
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In
der
US 3 672 847 A ist
ein Kohlenwasserstoffreformerofen beschrieben, der Reaktorrohre
beinhaltet, die mit einer U-förmigen
Krümmung
versehen sind und in der Ofenkammer aufgehängt sind, wobei die geraden
Abschnitte im Wesentlichen gleiche Abstände von den Seitenwänden aufweisen.
Die Enden des Rohrs ragen durch in der Abdeckung vorgesehene Öffnungen
und sind direkt an den Einlassverteilern und Auslassverteilern befestigt
und werden von diesen gehalten.
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Außerdem offenbart
die
US 2 132 965 A ein System
zum Heizen von Petroleum auf Kracktemperatur mit einem Paar von
separat befeuerten Heizkammern, wobei zumindest zwei Gruppen von
Rohren in jeder Kammer in einzelnen Reihen auf gegenüberliegenden
Seiten jedes Stroms heißer
Gase angeordnet sind.
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Die
US 2 081 973 A betrifft
zudem ein Mittel zum Heizen von Fluiden, indem die Oberflächen der Fluidleitung
mit Strahlungs- und Konvektionswärme beaufschlagt
werden, um eine maximale mittlere Wärmeintragsrate über die
gesamte Oberfläche
der Fluidleitung zu erzielen. Die Fluidleitung umfasst eine Vielzahl
von vertikalen Rohrgruppen, die jeweils aus einer Anzahl von horizontal
angeordneten Rohren bestehen, die sich zwischen den Endwänden des Ofens
erstrecken. Die Rohre jeder vertikalen Reihe oder Gruppe sind mittels
geeigneter Kopfstücke
oder Rücklaufkrümmer seriell
verbunden. An gegenüberliegenden
Enden jeder Rohrgruppe sind Einlass- und Auslassöffnungen vorgesehen, von denen
jede entweder als Einlass- oder als Auslassöffnung verwendet werden kann,
so dass das zu erwärmende Öl oder anderes
Fluid wie gewünscht
entweder aufwärts oder
abwärts
durch eine beliebige einzelne Gruppe von Rohren strömen kann.
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Die
US 2 340 287 A offenbart
außerdem
eine Ofenkonstruktion für
das Kracken von Petroleum oder Kohlenwasserstoffen mit vertikalen
Wärmetauscherrohren
innerhalb des Ofens. Die Rohre sind in einem Kreis und benachbart
zu der Wand der Verbrennungskammer angeordnet. Die Rohre sind paarweise
angeordnet und die unteren Enden der Rohre jedes Paars sind an einem
Kopfstück
oder Rücklaufkrümmer angeschweisst.
Die Kopfstücke
sind mit herabhängenden
Schenkeln ausgebildet, die sich durch Öffnungen in den Segmentplatten
erstrecken, wobei die Platten unter dem hochtemperaturfesten Material gehaltert
sind, aus dem der Boden des Ofens besteht. Die Wärmetauscherelemente sind somit
in U-förmigen
Einheiten um die Innenwand des Ofens angeordnet.
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Die
WO 95 07959 A betrifft Verfahren zum Dampfkracken von Kohlenwasserstoffen
in einem Krackofen mit einer Konvektionszone und einer Strahlungszone.
Die Wärmezufuhr
zu den Rohren in der Strahlungszone erzeugt eine große Temperaturzunahme
der Mischung über
die ursprüngliche Kracktemperatur
hinaus. Die Rohre sind stromabwärts
mit Krackrohren verbunden. In diesem Fall gehen Umlaufrohre jeweils
in Krackrohre über.
Vorzugsweise enden mehrere Umlaufrohre in einem Krackrohr. Krackrohre
können
auf unterschiedliche Weisen in der Strahlungszone angeordnet sein.
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Ein
Ofen zum thermischen Kracken besteht typischerweise aus einer Feuerkammer,
die eine Vielzahl von Strahlungsheizungsrohren enthält, wobei
jedes Rohr in Form einer U-förmigen
Schlange ausgebildet ist, die sich durch das Volumen der Feuerkammer
erstreckt. Ein Kohlenwasserstoffausgangsmaterial wird durch einen
Einlassschenkel eines Strahlungsheizungsrohrs in den Krackofen eingeleitet
und während
des Durchgangs durch das Rohr durch Strahlungsheizung des Rohrs
auf hohe Temperaturen erwärmt,
z. B. 1600°F
während
des Fließens
der Kohlenwasserstoffe von dem Einlassschenkel zu einem Auslassschenkel
jenes Ofenrohrs, wobei ein gekracktes Gasprodukt gebildet wird,
das durch den Auslassschenkel des Rohrs zu einem Abschrecksystem
geleitet wird, das das heiße Reaktionsgas
auf eine niedrigere Temperatur abschreckt, um gekrackte Produkte
zu liefern. Die Natur des thermischen Krackprozesses bewirkt unglücklicherweise
auch, dass sich Koks und Teer zusammen mit den erwünschten
Kohlenwasserstoffprodukten bilden. Seitdem man thermisches Kracken
praktiziert, war die Verschmutzung der Ofenrohre, die aus der Erzeugung
von Koks und Teer resultiert, ein ernsthaftes Problem. Wenn die
geschlängelten
Ofenrohre durch Koks und Teer verunreinigt werden, muss der Krackofen
außer
Dienst gestellt werden, um die Rohre zu reinigen oder zu ersetzen.
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Bei
der Weiterentwicklung der Technik des thermischen Krackens entwickelte
sich ein Trend zu sehr scharfem Kracken, um entweder verbesserte Ausbeuten
oder eine erhöhte
Selektivität
auf das erwünschte
Kohlenwasserstoffendprodukt zu erzielen. Als Resultat wurden Öfen zum
thermischen Kracken mit kleinen Durchmessern, kurzen Ofenrohren
in der Form U-förmiger
Schlangen für
sehr scharfes Kracken entwickelt, um eine höhere Olefinselektivität zu erzielen.
Die Praxis hat jedoch gezeigt, dass unter hoch selektiven Krackbedingungen
das Verkokungsproblem sogar noch ausgeprägter wird.
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Die
derzeit allgemein vorherrschende Ansicht beim thermischen Kracken
ist, dass das sehr scharfe Kracken bei kurzen Verweilzeiten die
höchste
Selektivität
und Olefinausbeute erzeugen wird. Unter sehr scharfen Krackbedingungen
nehmen die Verkokungsprobleme jedoch zu und die Laufzeitlänge nimmt
folglich ab und bewirkt eine kürzere
effektive Betriebsfähigkeit
und eine verkürzte
Lebensdauer der Apparaturen.
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Eine
Maximierung des Olefinausstoßes,
der als Produkt aus der mittleren Krackzyklusausbeute und der mittleren
Ofenverfügbarkeit
definiert ist, kann langfristig durch einen Ofen und ein Verfahren
erzielt werden, das die maximal verfügbare Strahlungswärme nutzt.
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Die
vorliegende Erfindung sorgt für
eine besondere Anordnung der Einlass- und Auslassschenkel der mehreren
Strahlungsheizungsrohre eines Ofens, die die Nutzung der verfügbaren Strahlungswärme innerhalb
der Feuerkammer maximiert und die Verunreinigung der Rohrschlangen
minimiert, die aus der Koks- und Teerbildung während des thermischen Krackens
resultiert. Die vorliegende Erfindung stellt einen Ofen mit maximaler
Nutzung der Strahlungswärme
und mit einer Minimierung lokaler Verunreinigungsprobleme innerhalb
der Rohre des Ofens bereit.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen Ofen und ein Verfahren bereit,
das auf einer Vielzahl von Strahlungsheizungsrohren beruht, jedes
in der Form einer U-förmigen
Schlange, die innerhalb einer Ofenfeuerkammer so montiert sind,
dass ein Einlassschenkel von jedem der mehreren Rohre unmittelbar benachbart
zu und beabstandet von einem Auslassschenkel eines anderen der mehreren
Rohre innerhalb der Feuerkammer eines Ofens zum thermischen Kracken
ist. Dieses spezielle Paaren von einem Einlassschenkel eines Rohrs
mit einem Auslassschenkel eines anderen Rohrs der mehreren Strahlungsheizungsrohre
des Krackofens maximiert die Nutzung der verfügbaren Strahlungswärme innerhalb der
Feuerkammer eines Ofens zum thermischen Kracken.
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Hierzu
wurde ein Ofen mit einer Strahlungsheizungszone entwickelt, die
durch eine beliebige Kombination von Wand- und Bodenbrennern befeuert
wird und einen gemeinsamen, äußeren Verteiler aufweist,
von dem aus ein vorgewärmtes
Kohlenwasserstoffausgangsmaterial verteilt wird, um in und durch
die mehreren Ofenrohre zu strömen.
Die Strahlungsheizungsrohrbaugruppe für den Ofen umfasst eine Vielzahl
von U-förmigen
Strahlungsheizungsrohren, deren Einlassschenkel mit dem gemeinsamen
Einlassverteiler verbindbar ist, wobei der Einlassschenkel jedes
Rohrs innerhalb der Feuerkammer des Ofens angeordnet ist und sich
durch das Feuerkammervolumen zu einem Punkt erstreckt, an dem die
Rohrschlangen einen vertikalen U-förmigen Abschnitt bilden, um
einen Rohrauslassschenkel zu ergeben, der sich durch das Feuerkammervolumen in
einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen seines jeweiligen Einlassschenkels
erstreckt, wobei der Auslassschenkel jedes derartigen Rohrs sich
zu einem außerhalb
der Feuerkammer endenden Punkt für
den Anschluss an ein Abschrecktauschersystem erstreckt. Die mehreren
Ofenrohre, die jeweils einen Einlass- und Auslassschenkel umfassen,
die miteinander durch den U-förmigen Abschnitt
der Rohrschlange in Verbindung stehen, sind relativ zueinander so
positioniert und fixiert, dass innerhalb der Feuerkammer eines Ofens
ein Einlassschenkel jedes der mehreren Rohre unmittelbar benachbart
zu und beabstandet von einem Auslassschenkel eines anderen der mehreren
Ofenrohre ist. Dieses Paaren von Einlass- und Auslassschenkeln unter
den mehreren Strahlungsheizungsrohren gestattet eine gleichförmigere
Beabstandung zwischen den Schenkeln der mehreren Rohre innerhalb
der Feuerkammer, während
das Auftreten von lokalen Temperaturgradienten innerhalb der Feuerkammer
minimiert wird, die die Gleichförmigkeit
der thermischen Bedingungen darin stören würden und/oder Punkte lokaler Überhitzung
an Stellen entlang der Strömungslänge eines Rohrs
in der Feuerkammer erzeugen würden.
Diese gleichförmigere
Beabstandung zwischen den Schenkeln der mehreren Ofenrohre innerhalb
der Feuerkammer sorgt außerdem
dafür,
dass die Außenfläche der
Einlassschenkel aller der mehreren Ofenrohre den Strahlungsheizungsflächen innerhalb
des Feuerkammervolumens des Ofens optimal ausgesetzt sind und maximiert
somit die Nutzung der verfügbaren Strahlungswärme innerhalb
der Feuerkammer des Ofens. Dies sorgt für einen größeren thermischen Wirkungsgrad für Abläufe im Ofen
bei gegebenem Schärfegrad
des Krackens und/oder gegebener Selektivität der Konversion des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials
in das erwünschte
Endprodukt, insbesondere Olefinprodukte.
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Der
Prozess besteht in der Zufuhr vorgewärmten Kohlenwasserstoffausgangsmaterials
zu einem gemeinsamen äußeren Verteiler
für einen
Temperatur- und Druckausgleich des Ausgangsmaterials; danach wird
derartig vorgewärmtes
Ausgangsmaterial von dem gemeinsamen äußeren Verteiler durch eine
Venturi-Steuerung
zu einem Einlassschenkel von jedem der mehreren Ofenrohre geleitet,
um durch diesen und durch den U-förmigen Schlangenabschnitt des
Rohrs zum Auslassschenkel des Rohrs zu strömen, während dessen das Ausgangsmaterial auf
eine hohe Temperatur erhitzt wird und krackt, um ein Reaktionsproduktgas
zu bilden, das aus dem Ofen austritt, indem es durch den Auslassschenkel eines
Rohrs zu einem Abschrecktauschersystem fließt. Die durch die Brenner innerhalb
der Feuerkammer des Ofens erzeugte Wärme liefert Strahlungswärme für den Krackvorgang.
Die Paare von Einlass- und Auslassschenkeln der mehreren Ofenrohre
liefern ein gleichförmigeres
Temperaturprofil innerhalb der Feuerkammer, das die Wahrscheinlichkeit
von lokalisierten Überhitzungsstellen
eines Rohrabschnitts verringert, die eine Verkokung und Verteerung
fördern
würden,
und den thermischen Wirkungsgrad der Ofenvorgänge weiter verbessert.
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Das
Paaren von kalten Einlass- und heißen Auslassschenkeln der Ofenrohre
der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich in vielen vorteilhaften Aspekten
von Gestaltungen des Standes der Technik, wobei kalte Einlassschenkel
voneinander beabstandet gruppiert sind und heiße Auslassschenkel voneinander
beabstandet gruppiert sind und die Einlassgruppe von Schenkeln von
der Auslassgruppe von Schenkeln stark beabstandet ist. Bei dem Paaren
von kalten Einlass- und heißen
Auslassschenkeln dieser Gestaltung liegt, wie angemerkt, eine im Wesentlichen
gleichförmige Beabstandung
zwischen allen Schenkeln der mehreren Ofenrohre vor. Wie angemerkt,
maximiert diese Gleichförmigkeit
der Schenkelbeabstandung die Nutzung der Strahlungswärme, die
innerhalb der Feuerkammer verfügbar
ist, und fördert
auch die gleichförmigere
Strahlungsheizung jeder der einzelnen U-förmigen Rohrschlangen der mehreren
Ofenrohre. Diese Gestaltung sorgt auch für eine größere Konzentration von Rohren
innerhalb des Raumvolumens, das innerhalb der Feuerkammer verfügbar ist;
dies bedeutet beim Betrieb der Feuerkammer eine größere Produkterzeugungsrate
je Einheit des Feuerkammervolumens oder je Einheit des Wärmeeintrags.
Die Produktausbeute ist optimaler, da jedes Ofenrohr, da es gleichförmiger erwärmt wird,
in sich eine gleichförmigere
Konversion des durchgeleiteten Kohlenwasserstoffs in das Sollprodukt
erzeugt. Bei der Gestaltung der vorliegenden Erfindung ergibt sich
folglich ein Krackofen, dessen Betrieb eine höhere Produktproduktion mit
einem optimaleren Produktprofil mit einer einhergehenden größeren Verfügbarkeit
und Betriebsdauer des Ofenbetriebs erzeugt.
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Berücksichtigung der folgenden
Zeichnungen besser verstanden werden:
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1 ist
eine Perspektivansicht, unter teilweiser Weglassung einiger Flächen, einer
Ofenfeuerkammer die eine Baugruppe von Strahlungsheizungsrohren
beinhaltet, die eine Anordnung gepaarter Einlassschenkel und Auslassschenkel
gemäß dieser
Erfindung umfasst, wobei die Feuerkammer durch Bodenbrenner geheizt
wird.
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2 ist
eine Draufsicht der Ofenfeuerkammeranordnung von 1 entlang
deren Linie 2-2 und veranschaulicht schematisch das Paaren von Einlass-
und Auslassschenkeln der mehreren Strahlungsheizungsrohre sowie
die Bodenbrenner der Feuerkammer.
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3 ist
eine Seitenansicht entlang der Linie 3-3 von 1, die unter
einigen Weglassungen Aspekte der Strukturen und Mittel veranschaulicht, durch
die eine Halterung vorgesehen wird, um die Baugruppen aus mehreren
Rohren innerhalb des Feuerkammervolumens des Ofens aufzuhängen.
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4 ist
eine schematische Darstellung einer Baugruppe mit fünf Strahlungsheizungsrohren, wobei
in allen Fällen
der Einlassschenkel von einem räumlich
benachbart mit dem Auslassschenkel eines anderen der mehreren Rohre
der Baugruppe gepaart ist.
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5 ist
eine Perspektivansicht einer Baugruppe aus Strahlungsheizungsrohren
mit einer Anordnung von gepaarten Einlassschenkeln und Auslassschenkeln
in Verbindung mit Strukturen und Mitteln, durch die die Rohrbaugruppe
und die Abschrecktauscher hierfür
getragen werden, um die Baugruppe aus mehreren Rohren innerhalb
des Feuerkammervolumens des Ofens aufzuhängen.
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Diese
Erfindung umfasst eine Baugruppe aus einer Mehrzahl von Strahlungsheizungsrohren für einen
Ofen zum thermischen Kracken, wobei die mehreren Rohre räumlich so
zueinander positioniert und fixiert sind, dass ein Einlassschenkel
eines beliebigen der mehreren Rohre unmittelbar benachbart zu und
beabstandet von einem Auslassschenkel eines anderen der mehreren
Rohre der Baugruppe ist. Diese Baugruppe mit mehreren Rohren mit
gepaarten Einlass- und Auslassschenkeln der mehreren Rohre kann
innerhalb einer Feuerkammer eines Ofens zum thermischen Kracken
entweder als Nachrüstung
oder als ein Element eines neuen Ofendesigns und einer neuen Ofenkonstruktion
angeordnet werden und somit einen Ofen zum thermischen Kracken mit
verbesserter Leistungsfähigkeit
liefern. Es werden Strukturen und Mittel zum Positionieren und Haltern
einer derartigen Rohrbaugruppe innerhalb des Volumens einer Ofenfeuerkammer
beschrieben, die die Stabilität
der Rohrbaugruppe innerhalb der Feuerkammer während dieses thermischen Kreislaufs
mit den ihm innewohnenden Wärmeausdehnungen
und Kontraktionen aufrecht erhalten, die typischerweise beim Betrieb
eines Ofens zum thermischen Knacken angetroffen werden. Die Rohrbaugruppe
der vorliegenden Erfindung sorgt für eine maximale Nutzung der
innerhalb der Feuerkammer eines Ofens zum thermischen Kracken verfügbaren Strahlungswärmeenergie,
insbesondere eines Ofens, der nur durch Bodenbrenner befeuert wird.
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In
Bezug auf 1 ist schematisch ein Ofen zum
thermischen Kracken 6 dargestellt, der eine Strahlungszone 8 umfasst,
die durch die Feuerkammer 10 des Ofens begrenzt wird. Die
Ofenfeuerkammer ist durch Seitenwände 12, die Abdeckung 14 und den
Boden 16 begrenzt. Strahlungswärme wird innerhalb der Feuerkammer
durch Bodenbrenner 18 geliefert, die auch in 2 dargestellt
sind. Ähnliche Anordnungen
sind mit einer mit Wandbrennern befeuerten Feuerkammer oder mit
einer Feuerkammer möglich,
die eine Kombination von Wand- und Bodenbrennern aufweist. Außerhalb
der Feuerkammer 10 des Ofens befindet sich ein Verteiler 38,
dem durch die Leitung 32 Kohlenwasserstoffausgangsmaterial
zugeführt
wird, das einer Vorwärmung
durch den Wärmetauscher 34 unterzogen
wurde. In dem äußeren Verteiler 38 gleicht
sich das vorgewärmte Ausgangsmaterial
in Temperatur und Druck an, bevor es von dort in Strahlungsheizungsrohre
eingespeist wird, die innerhalb der Feuerkammer des Ofens angeordnet
sind. In 1 sind aus Gründen der
Einfachheit nur drei Strahlungsheizungsrohre 20 schematisch
dargestellt (und mit a, b und c identifiziert) es versteht sich
aber, dass typischerweise eine größere Zahl derartiger Strahlungsheizungsrohre
in einer Feuerkammer 10 des Ofens vorhanden ist, wie nachstehend
in Bezug auf andere Figuren ausführlicher
beschrieben wird. Es versteht sich außerdem, dass mehrere Rohrbaugruppen
mit einer derartigen Anordnung gepaarter Einlass- und Auslassschenkel mit
einander verschachtelt werden können,
so dass der letzte Schenkel einer Baugruppe mit einem ersten Schenkel
einer benachbarten Rohrbaugruppe gepaart ist, um für eine Paarung
von Einlass- und Auslassschenkeln zwischen den Rohrbaugruppen zu sorgen.
Eine Rohrbaugruppe wird typischerweise zwischen 3 und 9 Rohre umfassen,
vorzugsweise 5 bis 7, und für
die erwünschte
Gesamtzahl von Rohren für
die Feuerkammer wird auf einfache Weise durch geeignete Verschachtelung
von Baugruppen aus mehreren Rohren gesorgt. Jedes Strahlungsheizungsrohr
umfasst einen Einlassschenkel 22(a–c) und
einen U-förmigen
Schlangenabschnitt 24(a–c), der in einen
Auslassschenkel 26(a–c) übergeht.
Für jedes
der mehreren Strahlungsheizungsrohre ist eine Versorgungsleitung 40 vorhanden,
die den Einlassschenkel 22 dieses Rohrs mit dem gemeinsamen Verteiler 38 verbindet.
Für jedes
Strahlungsheizungsrohr erstreckt sich der Auslassschenkel 26 jenes Rohrs
zudem durch das Volumen der Feuerkammer und durch die Abdeckung 14 der
Feuerkammer 10, um an einem Punkt 28(a–c)
außerhalb
der Feuerkammer zu enden; dies ermöglicht es, dass dieser Endpunkt 28(a–c)
eines Auslassschenkels an einen (in 1 nicht
dargestellten) Abschrecktauscher angeschlossen und mit ihm verbunden
wird.
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Wie
in 2 besser veranschaulicht ist, ist der dargestellte
Ofen einer, dessen Feuerkammer 10 gänzlich durch Bodenbrenner 18 befeuert
wird, die Strahlungswärme
zu dem vertikal angeordneten Abschnitt der Feuerkammer und damit
für die
darin befindlichen Strahlungsheizungsrohre 20 liefern.
Außerdem
ist in 2 entlang einer Mittellinie der Feuerkammer der
jeweilige Einlassschenkel 22 und der jeweilige Auslassschenkel 26 einer
Vielzahl von Rohren (a-c) dargestellt.
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3 stellt
als Seitensicht Strukturen und Mittel zur Aufhängung und zur Halterung der
mehreren Rohre 20 innerhalb der Feuerkammer 10 und auch
die äußeren Einzelheiten
des Abschrecktauschers, mit dem jedes Endstück 28 eines Rohrauslassschenkels 26 am
Ende verbunden ist, besser dar. Der Abschrecktauscher besteht im
Wesentlichen aus einem Doppelrohrwärme tauscher, wobei Wasser, das
im Vergleich zu der Temperatur des heißen Produktgases kühl ist,
innerhalb eines ringförmigen Raums
strömt,
der zwischen der Innenwand des äußeren Rohrs
und der Außenwand
des darin enthaltenen koaxialen Innenrohrs vorhanden ist, und heiße Reaktionsgase
innerhalb des koaxialen Innenrohrs strömen. In 3 umfasst
dieses Abschrecktauschersystem 50 einen Wasserzufuhrverteiler 52 und einen
Verteilerkanal 54, der Wasser in den ringförmigen Raum
zwischen dem äußeren Hüllrohr 56 und dem
koaxialen Innenrohr 58 jedes Abschrecktauschers abgibt,
das die Auslassproduktgase führt,
die aus einem Auslassschenkel 26 zum Endstückpunkt 28 eines
Strahlungsheizungsrohrs 20 strömen, das mit seinem Abschrecktauscher 50 durch
den Verbinder 60 verbunden ist.
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Bauliche,
Last tragende Halterungselemente 70 und 72, wie
beispielsweise I-Träger
oder aus Kanalelementen geformte Rahmen, die ein Gerüstgehäuse/eine
Gerüststruktur
für die
gesamte Betriebseinheit bilden, tragen quer verbindende, bauliche Lasthalterungselemente 71 beziehungsweise 73,
die beide den Abstand aufrechterhalten und für die Last tragende Halterung
für die
Elemente des Doppelrohrabschrecktauschers 50 sorgen. Das
obere Halterungselement 72 ist ortsfest; das untere Halterungselement 70 ist
relativ dazu schwimmend aufgrund seiner elastisch-flexiblen Aufhängung mittels
elastischer Lasthalteelemente 80, die zwischen dem ortsfesten
Element 72 und dem schwimmenden Element 70 durch
Verbindungsstäbe 82 und
Verankerungsmittel 84 befestigt sind.
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Wie
in 3 dargestellt ist, wird dieses Last tragende Aufhängungsmittel
außerdem
auch dazu verwendet, eine hängende
Halterung für
die Einlassschenkel der Strahlungsheizungsrohre 20 innerhalb der
Feuerkammer 10 bereitzustellen. Dementsprechend kann ein
Winkelverbinder 90 fest an der Verbindungsstelle zwischen
der Versorgungsleitung 40 für Kohlenwasserstoffausgangsmaterial
und einem Einlassschenkel 22 eines Reaktionsrohrs 20 befestigt
werden und durch eine Last tragende Verbindungsstange 92 über eine
angebrachte Verankerung 94 mit einem Querverbindungselement 71 in
der unteren, schwimmenden Lasttrageeinheit verbunden werden, die
durch die Elemente 70 und deren Querverbindungselement 71 definiert
ist.
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Durch
diese Struktur und die Mittel zur Halterung und Aufhängung aller
Einlassschenkel 22 und Auslassschenkel 26 der
mehreren Strahlungsheizungsrohre 20 innerhalb der Feuerkammer 10 eines Ofens
zum thermischen Kracken 6 werden jene Kontraktionen und/oder
Dehnungen, die typischerweise beim Betrieb eines Ofens auftreten,
ohne weiteres aufgefangen.
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4 stellt
schematisch die räumliche
Anordnung einer Vielzahl von Strahlungsheizungsrohren dar, wobei
zur Vereinfachung der Darstellung nur fünf derartige Rohrschlangen
als a, b, c, d und e dargestellt sind. Für jedes in 3 dargestellte
Rohr sind jeweils die Versorgungsleitungen 40a–e für Kohlenwasserstoffausgangsmaterial
dargestellt, die jeweils die Einlassschenkel 22a–e von
jedem der mehreren Rohre mit dem gemeinsamen Verteiler 38 verbinden,
der mit vorgewärmtem
Kohlenwasserstoffausgangsmaterial 36 gespeist wird. Für jedes
der mehreren Rohre ist jeweils auch dessen U-förmige Erweiterung 24a–e und
jeweils der Auslassschenkel jedes Rohrs 26a–e sowie
der Endpunkt 28a–e jedes Auslassschenkels
dargestellt. Wie in 4 zu sehen ist, liegen die Einlass-
und Auslassschenkel der mehreren Rohre in einer gemeinsamen Ebene 100 und treten
in die Feuerkammer 10 entlang einer gemeinsamen Line ein
und daraus aus und für
jeden gegebenen Einlassschenkel 22 eines beliebigen Rohrs gibt
es unmittelbar benachbart dazu einen Auslassschenkel 26 eines
anderen Rohrs. Nicht dargestellt in 4 sind die
mechanischen Verbindungen, die die Einlass- und Auslassschenkel
dieser Baugruppe aus mehreren Reaktionsrohren beabstanden und in
einer festen Position halten. Durchschnittliche Fachleute werden
ohne weiteres erkennen, dass derartige mechanische Verbindungsmittel
wie sie zuvor bei verschiedenen Ofengestaltungen zum Beabstanden und
zum Halten der Einlass- und Auslassschenkel der mehreren Reaktionsrohre
in fester Beziehung zueinander verwendet wurden, obschon bisher
keine in einer gepaarten Anordnung fixiert wurden, wie sie hier
vorgeschlagen wird, für
diesen Zweck bei der Baugruppengestaltung mit gepaarten Einlass-
und Auslassschenkeln der vorliegenden Erfindung anwendbar sind.
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5 veranschaulicht
in einer Perspektivansicht eine Baugruppe aus mehreren Rohren, wie
diejenige, die in Bezug auf die 1, 2 und 4 beschrieben
wurde, zusammen mit den Strukturen und Mitteln zur Halterung und
Aufhängung
einer derartigen Rohrbaugruppe innerhalb einer Ofenfeuerkammer und
zur Halterung des Abschrecktauschers, der die Rohrauslassschenkel
außerhalb
der Feuerkammer bedient, wie derjenige, der in Bezug auf 3 beschrieben
ist. Zur bequemeren Darstellung befindet sich in 5 der äußere Verteiler 38 auf
der gleichen Seite wie der Wasserzufuhrverteiler 52, der die
Abschrecktauscher bedient; in dieser Hinsicht unterscheidet sich 5 von
den 1 und 3, aber ansonsten sind gleiche
Teile mit denselben Nummern versehen.
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Im
Unterschied zum bisherigen Design von Öfen, bei dem die Auslassschenkel,
die die heißesten
Abschnitte der mehreren Strahlungsheizungsrohre sind, benachbart
zueinander versammelt sind, wie auch die Einlassschenkel, die die
kühlsten
Abschnitte der mehreren Rohre sind, wird der optimale Abstand zwischen
ihnen für
eine optimale Ofenleistung ermittelt; gemäß des Vorschlags der vorliegenden
Erfindung, die in allen Fällen
einen kühlen
Einlassschenkel mit einem heißen
Auslassschenkel der mehreren Strahlungsheizungsrohre paart, wird
die größte Temperaturgleichförmigkeit
(und damit Wärmemenge)
an jedem beliebigen Punkt oder Fleck erzielt. Dies reduziert nicht
nur die Wahrscheinlichkeit einer lokalisierten punkt- oder fleckförmigen Verkokung/Teerbildung
innerhalb eines beliebigen Reaktionsrohrs; diese Gleichförmigkeit
sorgt auch dafür, dass
eine engere Beabstandung zwischen allen Einlass- und/oder Auslassschenkeln
der mehreren Reaktionsrohre innerhalb der Feuerkammer verwendet wird,
und sorgt damit für
eine größere Konzentration von
innerhalb des Volumens der Feuerkammer unterzubringenden Rohren.
Diese gleichförmigere
Beabstandung zwischen den Strahlungsheizungsrohrschenkeln bedeutet,
dass jeder gegebene Einlassrohrschenkel in geringerem Maße als zuvor
durch irgendeinen Schenkel eines anderen Rohrs "abgeschattet" sein wird, während der Auslassrohrschenkel
jedes Rohrs nur geringfügig
mehr als zuvor durch irgendeinen anderen Schenkel eines anderen
Rohrs "abgeschattet" sein wird. Damit
ist eine größere Oberfläche jedes
Einlassschenkels jedes Rohrs der Strahlungsheizungsfläche der
Ofenfeuerkammer ausgesetzt (Strahlungsheizung ist ein Erwärmungsmodus
mit direkter Sichtverbindung); dies bedeutet eine größere Nutzung
jener innerhalb der Ofenfeuerkammer verfügbaren Strahlungswärme durch
alle Einlassschenkel der mehreren Rohre, während zugleich die Tendenz
einer Rohrverstopfung durch eine lokalisierte Bildung von Koks/Teer
reduziert wird.
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Der
Prozess der vorliegenden Erfindung besteht in der Lieferung von
Kohlenwasserstoffausgangsmaterial wie beispielsweise Äthan, Schwerbenzin,
Diesel, etc. an herkömmliche
Vorerwärmungsapparaturen,
um das Ausgangsmaterial auf einen erwünschten Vorerwärmungspegel
vorzuwärmen
und dann derartig vorgewärmtes
Ausgangsmaterial in den gemeinsamen Verteiler 38 zu verbringen. Das
Ausgangsmaterial wird im Allgemeinen auf eine Temperatur von etwa
482°C (900°F) bis etwa
760°C (1400°F) vorgewärmt, gemessen
am temperaturausgeglichenen Ausgangsmaterialinhalt in dem gemeinsamen
Verteiler. Aus dem gemeinsamen Verteiler 38 werden die
erforderlichen Mengen von vorgewärmtem
Ausgangsmaterial zur Verteilung durch ein Venturielement mit kritischer
Strömung
durch eine Versorgungsleitung 40 dem Einlassschenkel 22 von
jedem der Vielzahl von Reaktionsrohren zugeführt und strömen durch dieses und durch
den U-förmigen Rohrverbindungsabschnitt 24 und
in den Auslassschenkel 26 des Reaktionsrohrs. Während des Durchtritts
von Kohlenwasserstoffausgangsmaterial durch ein beliebiges gegebenes
Reaktionsrohr wird die Temperatur des Ausgangsmaterials von seiner Vorwärmtemperatur
von etwa 482°C
(900°F)
bis 760°C
(1400°F)
auf eine Temperatur von etwa 816°C (1500°F) bis 899°C (1650°F) erhöht und während dieser
Zeit erfolgt das Kracken der Komponenten des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials.
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Obschon
das primäre
Mittel zur Einbringung einer Wärmemenge
in die durch ein Strahlungsheizungsrohr fließenden Kohlenwasserstoffe Strahlungsheizung
des Rohrs selbst ist – das
seinerseits die Rohrmetallwärme
in den hindurchfließenden Kohlenwasserstoff
leitet – übt dennoch
die Rohrmetalltemperatur jedes Schenkels eines gegebenen Rohrs einen
thermischen Einfluss auf die Temperatur aus, die durch das Metall
eines dazu benachbarten Schenkels jedes anderen Rohrs erfahren wird.
Dies diktiert dann die notwendigen Abstände zwischen benachbarten Schenkeln
der mehreren Rohrelemente, um die Ungleichförmigkeiten von Rohrmetalltemperaturen
innerhalb der Feuerkammer eines Ofens zu reduzieren; oder, mit anderen
Worten, um die Gleichförmigkeit
von Metalloberflächentemperaturen
der mehreren Rohre innerhalb der Feuerkammer zu optimieren – dies maximiert
wiederum im möglichen Maße die Homogenität der Temperatur
des Kohlenwasserstoffs während
seines Durchtritts durch das Feuerkammervolumen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Gestaltung
der Baugruppe aus mehreren Rohren, bei der immer eine Paarung eines
kälteren
Einlassschenkels mit einem räumlich
unmittelbar benachbarten, heißeren
Auslassschenkel eines beliebigen gegebenen Schenkelpaars von Strahlungsheizungsrohren
innerhalb der Feuerkammer des Ofens vorliegt, wird das Optimum des
Wärmeübertrags
und der Temperatur für
den dort durchfließenden Kohlenwasserstoff
erzielt; dies ist der Fall, weil die kühlsten und heißesten Schenkel der
mehreren Rohre unmittelbar räumlich
benachbart sind (für
den schnellsten Wärmeübergang
dazwischen); dies führt
zu der Möglichkeit
einer im Wesentlichen gleichförmigen
Beabstandung zwischen ihnen (für
eine maximale Nutzung der innerhalb der Ofenfeuerkammer verfügbaren Strahlungswärme durch
die Einlassschenkel der Rohre) mit einer minimalen Wahrscheinlichkeit
für das
Auftreten lokalisierter Heißpunkte
an einer beliebigen Stelle entlang jedes der mehreren Heizungsrohre
(und damit die Minimierung einer dortigen Verkokung/Verteerung).