JP5371744B2 - 管状分離炉のための集合導管 - Google Patents

Description

本発明は、管状分離炉のための集合導管であって、該集合導管が、内側から外側に向かって少なくとも２つの層を有しており、これらの層が、内側の絶縁層と、金属のアウタ管若しくは支持管とによって形成される形式のものに関する。更に、前記集合導管は複数の接続導管を有しており、これらの接続導管を介して管状炉の反応管を集合導管に接続することができる。この場合、この集合導管は周方向で異なる熱透過抵抗を有している。これらの異なる熱透過抵抗は、絶縁層の異なる厚さ及び／又は熱伝導率の異なる材料、一般に耐火コンクリート類又は耐火煉瓦を介して実現可能である。更に、本発明は管状分離炉を含み、この管状分離炉には、本発明による１構成に基づいた１本又は複数本の集合導管が設けられている。

分離可能な媒体を間接的に加熱するため、特に合成ガス及び／又は水素を得るために炭化水素を分離するための多数の管状分離炉が公知である。これらの管状分離炉においては炉室内に多数の反応管が列又は束として配置されており、これらの反応管は、炉底部の下位に延在する集合導管に接続される。このような管状分離炉は、ドイツ連邦共和国特許第１５４２５３０号明細書に開示されている。

更にこのドイツ連邦共和国特許第１５４２５３０号明細書に記載されているように、集合導管自体が多層に構成されており且つ一般に溶接可能な鋼材料から成る少なくとも１本の外側の金属の支持管、即ち「圧力ジャケット」と、一般に耐火性の壁又は耐火コンクリートにより形成される、内側に位置する絶縁管とを有している。ドイツ連邦共和国特許第１６６７３２４号明細書には、３重に成層された管の産業上の使用法が開示されている。最も内側の層は、前掲のドイツ連邦共和国特許第１５４２５３０号明細書において既に反応管の集合導管内への流過領域用に提案されるような、金属のインナ管であってよい。このインナ管は、プロセスガス流による侵食からコンクリート絶縁を保護するために役立つ。集合導管内の温度は約８００℃〜９５０℃である。

この場合、絶縁層の厚さ又は絶縁作用は、当該絶縁層が一方ではアウタ管若しくは支持管内の温度を約２００℃に制限することにより、アウタ管又は支持管の鋼材料を保護し且つ他方ではコンクリートが極端に低温にならないように選択する必要がある。極端に冷却した場合は、増大された圧力下にある合成ガスが当該絶縁層内で凝縮する恐れがあり、これにより、コンクリート及び圧力ジャケットに損傷が発生する恐れがある。この場合、集合導管が熱的に周方向で極めて異なって負荷されるという問題が生じる。このことは、炉底部が具体的な構成形式によっては集合導管上面の上位において約１ｍしか離れていない、高温の炉構築物の放熱に起因する。付加的に、やはり高温の反応管若しくは接続管片も集合導管の上面に作用して、熱的負荷を高める。

更に、反応管の接続管片及び集合導管の絶縁層を貫通する反応管の貫通案内部は、後で機械的損傷が発生しやすくなる弱化を生ぜしめる。例えばヨーロッパ特許第０７９９６３９号明細書から、接続管片の領域に異なる絶縁材料を用いることが判っている。この絶縁材料は、腐食成分を化学的に変化させ且つこのようにして金属のアウタ管を保護する触媒を含有している。更に、米国特許第２００４０３７７６０号明細書からは、半径にわたって異なる複数の良好な絶縁材料を備えた集合導管が公知である。

従って本発明の課題は、集合導管における前記損傷を防止し且つ改良された集合導管を提供することにある。本発明はこの課題を独立請求項に記載の構成に基づき解決する。従属請求項には有利な構成が記載されている。即ち；
管状分離炉における高温のプロセスガスを導出するための集合導管であって、該集合導管が内側から外側に向かって少なくとも２つの層、即ち、
‐耐火コンクリート又は耐火壁から成る絶縁層及び
‐金属のアウタ管の壁を有しており、
当該集合導管が有利には第３の層、即ち、
‐金属のインナ管の壁を有しており、
更に当該集合導管が、管状分離炉の反応管を集合導管に接続可能な複数の接続管片を有している形式の、管状分離炉における高温のプロセスガスを導出するための集合導管が見いだされた。この場合、前記集合導管は周方向で異なった熱透過抵抗を有している。

一般的な形式において、熱透過抵抗Ｒは、熱透過係数Λの逆数として規定されて［ｍ^２・Ｋ／Ｗ］で測定され、とりわけ層の厚さ及び物質固有の熱伝導率λ_Ｒに関連している。

この場合、理想的には集合導管における複数の異なる熱透過抵抗が、それぞれ絶縁層の複数の異なる熱透過抵抗によって形成される。有利な構成では、金属のインナ管がアウタ管内に偏心的に配置されており、これにより、絶縁層は周方向で見て異なる厚さ延いては変化する熱透過抵抗を有している。インナ管の偏心的な配置形式及びこれに関連して変化する絶縁層の肉厚における利点は、絶縁層が周方向で見て接続管片の領域に最大の厚さを有しているという点である。それというのも、当該領域は炉構築物に面した領域でもあり、この領域は最も高温の熱作用に晒されているからである。集合導管内部の空の流れ室の偏心的な位置は、当該集合導管内に残留するインナ管無しでも製作時に得られる。

偏心的なインナ管の配置形式の別の利点は、一般に耐火コンクリートから形成される絶縁層が、接続された反応管の貫通案内部が設けられた集合導管の領域で最大の厚さを有しているという点にある。これにより、前記貫通案内部に基づき生じる、亀裂の発生を促進するコンクリートの弱化は完全に又は部分的に補償される。

別の有利な構成では、絶縁層が周方向で見て、異なる材料を有する２つ又は複数のセグメントから形成され、この場合、前記材料はとりわけその物質固有の熱伝導率に関して異なっている。有利には、当該材料は耐火コンクリート類又は耐火煉瓦のグループから選択される。この構成は、供給領域における十分な絶縁の要求と、炉構築物とは反対の側にも与えられていなければならない絶縁層の十分に高い温度の要求とを、互いに無関係に課すことができるという利点を有している。このためには、最も高い熱透過抵抗Ｒを有する材料が、周方向で見て接続管片の領域に配置される。

本発明には更に、上で説明した構成の１本又は複数本の集合導管が設けられた管状分離炉が含まれている。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

集合導管１の上位には複数の接続管片２が配置されており、これらの接続管片２は、それぞれ反応管３に接続されている。集合導管１の上位には炉底部４が点描面として図示されている。集合導管１は３つの層を有している。第１の層は金属のインナ管５により形成され、第２の層としての絶縁層６は耐火コンクリートから成っており、第３の外側の層はアウタ管又は支持管７により形成される。破線で示した反応管３には、それぞれ触媒ばら荷が運転中に充填されており（図示せず）、これらの触媒ばら荷は穴付き底部８により保持される。この穴付き底部８には円錐形の収集部材９が接続しており、この収集部材９はプロセスガス管１０に接続されており、このプロセスガス管１０は集合導管１の空の流れ室１１に開口している。炉底部４の下位の領域若しくは収集部材９の下流側の領域において、前記プロセスガス管１０は複数の耐火煉瓦１２によって取り囲まれている。更に、プロセスガス管１０は接続管片２の領域でガイド管１３に挿入されている。

インナ管５は、集合導管１内で偏心的に配置されている。インナ管５の偏心的な組込みに基づき、支持管７の軸線１４は、インナ管５の軸線１５の上位で且つ該軸線１５に対して平行に延びている。

前記絶縁層６の肉厚の変化に基づき、横置き型の集合導管１の場合は、周方向で見て連続的に上がる若しくは下がる肉厚が形成される。絶縁層６の最大の肉厚Ｄ１は、接続管片２の領域の上側の断面内に位置している。この交差面内には、プロセスガス管１０及びガイド管１３の軸線も位置している。絶縁層６の最小の肉厚Ｄ２は、対向位置する下側の断面内に位置している。図１に示した実施例では、前記の上下断面はそれぞれ同一平面の部分であり、該平面内には前記軸線１４，１５並びにプロセスガス管１０及びガイド管１３の軸線１６も位置している。

本発明による集合導管１の下半分と、１本の接続管片２とを断面して示した図である。

Claims (6)

1. 管状分離炉において高温のプロセスガスを導出するための集合導管であって、該集合導管が、内側から外側に向かって少なくとも２つの層、即ち、
   ‐耐火コンクリート又は耐火壁から成る絶縁層、
   ‐金属のアウタ管の壁を有しており、
   更に、当該集合導管が、管状炉の管を集合導管に接続することのできる複数の接続管片を有している形式のものにおいて、
   前記アウタ管内に流れ室が偏心的に配置されており、これにより、絶縁層が周方向で見て異なる厚さ及び熱透過抵抗を有しており、
   前記絶縁層が、周方向で見て接続管片の領域に最大の厚さを有していることを特徴とする、管状分離炉のための集合導管。
2. 前記集合導管が、内側から外側に向かって第３の層として金属のインナ管の壁を有している、請求項１記載の集合導管。
3. 前記の偏心的な流れ室の大きさ及び位置が、偏心的に配置された金属のインナ管により形成される、請求項１又は２記載の集合導管。
4. 前記絶縁層が、周方向で見て異なる材料を有する２つ又は複数のセグメントから形成され、これらの材料の違いは、少なくともそれぞれ物質固有の熱伝導率にあり、当該材料が耐火コンクリート類又は耐火煉瓦のグループから選ばれている、請求項１から３までのいずれか１項記載の集合導管。
5. 前記セグメントのうち、最も高い熱透過抵抗を有する材料から成るセグメントが、周方向で見て接続管片の領域に配置されている、請求項４記載の集合導管。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載の１本又は複数本の集合導管を有していることを特徴とする、管状分離炉。

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