WO2005050121A1 - Verfahren zum entfernen von feststoffen aus rohren eines rohrbündel-wärmetauschers - Google Patents

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WO2005050121A1
WO2005050121A1 PCT/EP2004/011181 EP2004011181W WO2005050121A1 WO 2005050121 A1 WO2005050121 A1 WO 2005050121A1 EP 2004011181 W EP2004011181 W EP 2004011181W WO 2005050121 A1 WO2005050121 A1 WO 2005050121A1
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Volker Schliephake
Wolfgang Leitz
Ulrich Hammon
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Basf Aktiengesellschaft
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    • B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
    • B01J2208/00761—Discharging

Definitions

  • the invention relates to a method for removing solids from tubes of a tube bundle heat exchanger, in particular a method for removing catalyst material from tubes of a tube bundle reactor.
  • heat exchangers are used in a wide variety of processes, in which a fluid to be tempered, in particular a fluid to be heated or cooled, for example liquids, gases or liquid / gas mixtures, are passed through numerous tubes, referred to as tube bundles, arranged in parallel, which are surrounded by a suitable heat exchange medium.
  • a fluid to be tempered in particular a fluid to be heated or cooled, for example liquids, gases or liquid / gas mixtures
  • tube bundles arranged in parallel, which are surrounded by a suitable heat exchange medium.
  • contamination, caking or incrustation may occur in the tubes during operation, so that the tubes must be cleaned regularly.
  • the tubes are usually cleaned of heat exchangers by means of liquids brought to high pressure and sprayed (high pressure cleaning or hydroblasting). Very solid and compact impurities can only be insufficiently removed by such high pressure cleaning.
  • internals such as baffles, baffles, spirals, gas mixers, etc. are often arranged in the tubes of a tube bundle heat
  • a special variant of the tube bundle heat exchangers are the so-called tube bundle reactors, which are used to carry out chemical reactions, for example to carry out exothermic and endothermic catalytic gas phase reactions, such as the production of phthalic anhydride (PSA), acrylic acid, methacrylic acid (MMA), acrolein, maleic anhydride (MSA), glyoxal, phosgene, hydrocyanic acid or vinyl formamide (VFA) can be used.
  • PSA phthalic anhydride
  • MMA methacrylic acid
  • MSA maleic anhydride
  • glyoxal glyoxal
  • phosgene hydrocyanic acid or vinyl formamide
  • VFA vinyl formamide
  • Such catalytic gas phase reactions are usually carried out in tube bundle reactors on fixed bed catalysts.
  • the tube bundle reactors usually consist of a reaction tube bundle arranged in a reactor jacket and made up of numerous reaction tubes.
  • the reaction tubes usually contain supported catalysts,
  • Shell catalysts unsupported catalysts and / or ordered packings of catalyst material, which are arranged comparable to a static mixer. Chemical reactions take place in the reaction tubes of the tube bundle, the heat exchange medium washing around the tubes supplying or removing the heat of reaction.
  • the tube bundle reactors used in the industrial production process can have diameters of up to several meters and contain between approximately 100 and 50,000 reaction tubes. The cleaning of the reaction tubes is correspondingly complex. In certain catalytic gas phase reactions, the tube bundle reactor can also be followed by a reaction gas aftercooler designed as a tube bundle heat exchanger, which further increases the cleaning effort due to the large number of tubes.
  • European patent application EP-A 1 226 865 describes a process for removing spent catalyst material from a reaction tube.
  • a flexible or rigid suction hose is inserted into the reaction tube and catalyst material is sucked out of the reaction tube by means of a negative pressure generated by a suction device.
  • the hose for loosening slightly caked or glued catalyst material can have beveled tips at its free end inserted into the tube.
  • the invention is therefore based on the technical problem of specifying a method for removing solids from tubes of a tube bundle heat exchanger, in particular for removing catalyst material from reaction tubes of a tube bundle reactor, which also permits quick and reliable cleaning of the tubes when the solids are not more in loose particle form, but in the form of solid blocks and / or adhering particularly firmly to the inner tube walls.
  • the invention is based on the idea of introducing a rotating drill driven by a drilling machine into the tubes of a tube bundle heat exchanger to be cleaned and removing the solids contained in the tubes with the aid of the rotating bit, ie transporting them outside of the reaction tube.
  • the drilling machine can also set the drill into rotation with superimposed axial movements.
  • the axial loading movement can be a continuous feed or a periodic reciprocating movement generated by a mechanical or hydraulic hammer mechanism.
  • the drill is a twist drill and has a spiral conveying groove which is recessed in the outer casing of the drill and in which the solid particles loosened and separated by the drill tip when the drill is inserted into the pipe can be removed from the pipe.
  • a twist drill is particularly preferably used for cleaning reaction tubes or heat exchanger tubes which are filled with stone-like or ceramic material, such as, for example, with shaped catalyst bodies, coated catalyst support bodies or shaped bodies made of ceramic inert material.
  • the twist drill advantageously has a blunt drill tip in order to minimize the risk of damage to the inner tube walls of the tube bundle.
  • So-called stone drills are particularly preferably used instead of metal drills, which further reduces the risk of damage to the pipes.
  • twist drills are not suitable if the pipes to be cleaned contain metallic internals, for example internals to increase the heat transfer, such as baffle plates or spirals.
  • the drill is a hollow drill provided with an essentially annular drill tip.
  • a hollow drill has a central recess running in the longitudinal direction of the drill along the axis of rotation, which opens into the drill tip at the free end of the drill.
  • reaction tubes and heat exchanger tubes can be cleaned, in particular also tubes which have metallic internals, such as metal spirals suspended in the reaction tubes, for improving the heat transfer. Because of its central recess, the hollow drill used in accordance with the invention is in fact able to drill around such internals, so that seizing of the drill bit on metal parts can be avoided.
  • the outside diameter of the twist or hollow drill is preferably 10 to 95% of the inside diameter of the pipe to be cleaned.
  • the drill When carrying out the method according to the invention, the drill is set in rotation by means of the drilling machine, inserted into the pipe and driven into the solid to be cleared, for example a baked catalyst mass.
  • An ejection window is preferably provided in the region of the end of the drill provided with the drilling spindle of the drilling machine, which is aligned with the central one along the longitudinal axis of the Hollow drill extending communicates from which the material crushed by the drill tip can be ejected.
  • internals such as a helix, can also be provided, which support the transport of the solid particles loosened from the drill tip to the ejection window.
  • tooth-like projections are provided on the annular drill tip, which facilitate the breaking up of the solid material contained in the tubes.
  • the tooth-like projections can have any shape.
  • the tooth-like projections preferably have a triangular and / or rectangular, for example square, shape.
  • the triangular projections can be designed as symmetrical or asymmetrical triangles. In the case of asymmetrical triangles, the steeper flank of the triangle is preferably in the direction of rotation of the drill.
  • the tooth-like projections can be arranged in a row on the annular drill tip.
  • the rings can also be arranged in several concentric rows, an arrangement in one to three rows being preferred.
  • a hollow drill is used, the drill tip of which tapers essentially conically towards its free end.
  • a tapered drill tip reliably prevents damage to the tube walls.
  • the angle ⁇ enclosed between the axial longitudinal axis, that is to say the axis of rotation, of the hollow drill and the conical jacket of the drill tip is advantageously in the range from 0 ° to 20 °, preferably in the range from 1 ° to 10 ° and particularly preferably in the range from 1.5 ° up to 8 °. Larger cone angles than 20 ° are less preferred because then more solid particles are clamped between the drill and the pipe wall. It goes without saying that a cone angle of 0 °, which is also expressly included here, corresponds to a "cone" with a cylindrical jacket that does not taper towards the tip.
  • the tooth-like projections can be arranged such that all teeth lie on an imaginary cone-like surface, the generatrix of which forms a certain angle with the axis of rotation of the drill. If this angle corresponds to the cone angle of the tapered drill bit, the teeth are in the extension of the tapered drill bit.
  • the imaginary surface can also include an angle with the axis of rotation that is greater or smaller than the cone angle of the drill bit, so that the teeth are directed inwards or outwards with respect to the cone formed by the drill bit.
  • Hollow drills can also be used which have a group of tooth-like projections which lie on a first imaginary cone-like surface, while a further group of tooth-like projections are provided which lie on a second imaginary cone-like surface, the generatrix of the two cone-like surfaces different angles with include the axis of rotation.
  • successive teeth can, for example, be alternately oriented parallel to the axis of rotation (ie the angle between the generatrix of the imaginary surface and the axis of rotation is 0 °) or an angle of 5 ° inwards with the axis of rotation. In the case of hollow drills with several rows of teeth, this angle can also differ from row of teeth to row of teeth.
  • the preferred number of tooth-like projections is preferably selected depending on the outer circumference of the annular drill tip. 1 to 6 teeth are advantageously provided per centimeter outer circumference.
  • the length of the conically tapering part of the drill tip, measured parallel to the longitudinal axis (axis of rotation) of the drill, preferably corresponds to 0.1 to 3 times the outer diameter of the drill, the outer diameter being measured in the non-tapered, essentially cylindrical section of the drill ,
  • the drill is preferably operated at a speed between 0 and 400 rpm, preferably between 200 and 280 rpm.
  • the solids to be cleared out in the tubes of the tube bundle heat exchanger are treated with a solvent before the drilling machine is used.
  • This variant of the method is particularly suitable for removing bonded, coherent catalyst materials from reaction tubes.
  • the bottom of the reactor or heat exchanger is either closed or provided with a small opening.
  • the tube space of the reactor is then filled with a suitable solvent which can act on the solids in the tubes for a period of typically 1 to 240 hours.
  • the solvent can be drawn off at the bottom of the reactor or heat exchanger and added to the reactor or heat exchanger in a circuit at the top. This solvent circuit can of course also be operated in the opposite direction.
  • the amount of liquid pumped is preferably dimensioned such that an empty tube speed of 0 to 1 m / s is established in the reaction tubes.
  • Empty pipe speed is to be understood as the calculated speed from flow and pipe cross-section, which would result if the pipes were completely without filling.
  • empty pipe speeds of over 1 m / s can also be achieved.
  • Water is preferably used as the solvent and particularly preferably an alkaline solvent such as dilute or concentrated sodium hydroxide solution or dilute or concentrated potassium hydroxide solution.
  • alkali residues can be removed from the tubes of the tube bundle by rinsing with water.
  • the tubes are then left to dry in the ambient air or by blowing in heated air.
  • the invention also relates to the use of a drilling machine, preferably provided with a twist drill or a hollow drill, for removing solids from tubes of a tube bundle heat exchanger.
  • FIGS 1 to 4 are schematic partial views of the drill tips of preferred embodiments of the drills used in the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an essentially cylindrical hollow drill 10 which has an essentially circular drill tip 11.
  • the drill tip 11 is provided with tooth-like projections 12.
  • the tooth-like projections 12 in the drill of FIG. 1 are designed as essentially symmetrical triangles.
  • FIG. 2 shows a variant of the drill of FIG. 1, the hollow drill 20, which is also essentially cylindrical, being provided with asymmetrical triangular projections 22 on the drill tip 21.
  • the steeper flank 23 of the triangles 22 points in the direction of rotation of the drill symbolized by an arrow.
  • Figure 3 shows a cylindrical hollow drill 30, the drill tip 31 is provided with rectangular projections 32.
  • FIG. 4 shows a particularly preferred variant of a substantially cylindrical hollow drill 40, the drill tip 41 of which has a conical section 44 tapering towards the free end.
  • a cone angle ⁇ is included between the surface line (generatrix) 45 and the central longitudinal axis 46 of the drill 40.
  • the tooth-like projections provided according to the invention on the drill tip are not shown in FIG.
  • a reactor with tubes with a diameter of 25 mm was at the upper end with cylindrical shaped bodies (inert) of size 7 mm x 7 mm x 4 mm (outer diameter x Height x inner diameter).
  • the moldings were baked together due to deposits consisting of MoO 3 and coke-like constituents.
  • the attempt to extract these tubes by means of a suction tube which consisted of a plastic tube with an 80 cm long, diagonally cut metal tube with 85% reaction tube diameter, was unsuccessful.
  • the reactor from comparative example 1 was cleaned using the process according to the invention.
  • a drilling machine was equipped with a hollow drill.
  • the hollow drill had the following geometrical data: steel shank with a length of 400 mm, a diameter of 23 mm and a cone angle of 5 °. The length of the cone was 30 mm.
  • the teeth of the drill consisted of 15 stellite teeth welded and ground on the circumference of the drill tip, which were designed as symmetrical triangles with a height of 3 mm. The drill was operated at a rotation speed of 220 to 280 rpm.
  • the caked layer could easily be removed.
  • the time [minutes: seconds] for drilling through the baked layer was, depending on the degree of caking, between 26 seconds and 39 seconds per tube.
  • the baked layer had a thickness of approximately 200 mm. The inerts below and the following shaped catalyst bodies could then be suctioned off.
  • Examples 2 to 13 are summarized in Table 1 below.
  • the cleaning of the pipes was possible in all cases. However, it can be seen that the use of drills with cone angles of less than 20 ° and tooth heights of less than 7 mm are preferred. *) frequent seizure of the drill **) one tooth broken off Table 1: Summary of Examples 3 -13
  • reaction gas aftercooler turned out to be completely dirty with hard material, which had penetrated into the pipes.
  • the black dirt contained molybdenum and when heated to 800 ° C in air lost 26.8% of its mass, which was interpreted as carbon (determined using the method of thermogravimetry).
  • Mechanical methods of cleaning have proven unsuccessful or very time consuming.
  • cleaning was possible by drilling out the individual tubes using the method according to the invention, but this took a very long time.
  • the reaction gas aftercooler was therefore closed at the bottom and filled with a 10% sodium hydroxide solution. The component stayed like this for 36 hours. After draining off the sodium hydroxide solution and then neutral washing with water, 87% of the dirty pipes could be cleaned with a wire brush. The remaining 13% could be removed quickly and easily from the tubes by drilling out with a drill according to the invention as described in Example 2.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Feststoffen aus Rohren eines Rohrbündel-Wärmetauschers, wobei man einen von einer Bohrmaschine angetriebe­nen Bohrer in ein Rohr des Rohrbündel-Wärmetauchers einführt und in dem Rohr ent­haltene Feststoffe ausräumt. Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Bohrer ein Spiralbohrer und weist eine in dem Außenmantel des Bohrers ausgesparte spiralförmige Fördernut auf, in der die von der Bohrerspitze beim Einführen des Bohrers in das Rohr gelockerten und vereinzelten Feststoffpartikel aus dem Rohr abtransportiert werden können. Besonders bevorzugt ist der Bohrer ein mit einer im Wesentlichen ringförmigen Bohrspitze 11 versehener Hohlbohrer 10, der eine in Längsrichtung des Bohrers entlang der Rotationsachse verlaufenden zentrale Aus­nehmung aufweist, die am freien Ende des Bohrers in die Bohrspitze 11 mündet. An der Bohrspitze 11 sind zahnartige Vorsprünge 12 vorgesehen.

Description

Verfahren zum Entfernen von Feststoffen aus Rohren eines Rohrbündel- Wärmetauschers
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Feststoffen aus Rohren eines Rohrbündel-Wärmetauschers, insbesondere ein Verfahren zum Entfernen von Katalysatormaterial aus Rohren eines Rohrbündelreaktors.
In der chemischen Industrie werden in verschiedensten Prozessen Wärmetauscher eingesetzt, bei denen ein zu temperierendes, insbesondere ein zu erwärmendes oder zu kühlendes Fluid, also beispielsweise Flüssigkeiten, Gase oder Flüssigkeit/Gas- Gemische, durch zahlreiche als Rohrbündel bezeichnete, parallel angeordnete Rohre geleitet werden, die von einem geeigneten Wärmetauschmedium umspült werden. Je nach Art des durch die Rohre des Rohrbündels geleiteten Fluids kann es im Laufe des Betriebs zu Verschmutzungen, Anbackungen oder Verkrustungen in den Rohren kommen, so dass eine regelmäßige Reinigung der Rohre erforderlich ist. Üblicherweise werden die Rohre von Wärmetauschern mittels auf hohen Druck gebrachten und ausgesprühten Flüssigkeiten gereinigt (Hochdruckreinigung oder Hydroblasting). Sehr fes- te und kompakte Verunreinigungen können durch eine solche Hochdruckreinigung allerdings nur unzureichend beseitigt werden. Außerdem sind in den Rohren eines Rohrbündel-Wärmetauschers zur Verbesserung des Wärmeübergangs häufig Einbauten, wie Umlenkbleche, Stromstörer, Spiralen, Gasmischer usw. angeordent, was die Reinigung der Rohre zusätzlich erschwert.
Eine spezielle Variante der Rohrbündel-Wärmetauscher stellen die sogenannten Rohrbündelreaktoren dar, die zur Durchführung von chemischen Reaktionen, beispielsweise zur Durchführung von exothermen und endothermen katalytischen Gasphasenreaktionen, wie der Herstellung von Phtalsäureanhydrid (PSA), Acrylsäure, Methacrylsäure (MMA), Acrolein, Maleinsäureanhydrid (MSA), Glyoxal, Phosgen, Blausäure oder Vinyl- formamid (VFA) verwendet werden. Derartige katalytischen Gasphasenreaktionen werden meist in Rohrbündelreaktoren an Festbettkatalysatoren durchgeführt. Dabei bestehen die Rohrbündelreaktoren üblicherweise aus einem in einem Reaktormantel angeordneten, aus zahlreichen Reaktionsrohren aufgebauten Reaktionsrohrbündel. Die Reaktionsrohre enthalten üblicherweise geträgerte Katalysatoren,
Schalenkatalysatoren, Vollkatalysatoren und/oder geordnete Packungen aus Katalysatormaterial, die einem statischem Mischer vergleichbar angeordnet sind. In den Reaktionsrohren des Rohrbündels finden chemische Umsetzungen statt, wobei das die Rohre umspülende Wärmetauschmedium die Reaktionswärme zu- beziehungsweise abführt. Die im industriellen Produktionsprozess verwendeten Rohrbündelreaktoren können Durchmesser bis zu mehreren Metern aufweisen und zwischen ca. 100 und 50.000 Reaktionsrohre enthalten. Dementsprechend aufwändig ist die Reinigung der Reaktionsrohre. Bei bestimmten katalytischen Gasphasenreaktionen kann sich an den Rohrbündelreaktor auch noch ein als Rohrbündel-Wärmetaucher ausgebildeter Reaktionsgasnachküh- ler anschließen, was den Reinigungsaufwand aufgrund der großen Zahl der Rohre weiter erhöht.
In der europäischen Patentanmeldung EP-A 1 226 865 wird ein Verfahren zum Entfernen von verbrauchtem Katalysatormaterial aus einem Reaktionsrohr beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren wird ein flexibler oder starrer Absaugschlauch in das Reaktionsrohr eingeführt und Katalysatormaterial mittels eines durch eine Absaugvorrich- tung erzeugten Unterdrucks aus dem Reaktionsrohr abgesaugt. Bei der Variante des bekannten Verfahrens, bei welcher der starrer Absaugschlauch zum Einsatz kommt, kann der Schlauch zur Lockerung von leicht verbackenem oder verklebtem Katalysatormaterial an seinem in das Rohr eingeführten freien Ende abgeschrägte Spitzen aufweisen.
Mit dem aus EP-A 1 226 865 beschriebenen Verfahren ist es allerdings nicht möglich, Katalysatormaterial aus Reaktionsrohren zu entfernen, wenn das Katalysatormaterial in größeren Bereichen zusammengesintert oder durch Ablagerungen, die bei der in den Reaktionsrohren durchgeführten gewünschten Reaktion oder bei unerwünschten Ne- benreaktionen entstanden sind, zusammengeklebt ist. Ebenso stößt das bekannte Verfahren an seine Grenzen, wenn das Katalysatormaterial nicht mehr als Partikel, sondern als mehr oder minder fester Block im Reaktionsrohr vorliegt, beispielsweise durch Anbackungen, Änderungen des Formkörpers oder durch sonstige Modifikationen der Katalysatoroberfläche im Laufe des Betriebs, die zu einer Verbindung der einzelnen Katalysatorpartikel miteinander führen können.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zu Grunde, ein Verfahren zum Entfernen von Feststoffen aus Rohren eines Rohrbündel-Wärmetauschers, insbesondere zum Entfernen von Katalysatormaterial aus Reaktionsrohren eines Rohrbündelreaktors anzugeben, das auch dann eine schnelle und zuverlässige Reinigung der Rohre erlaubt, wenn die Feststoffe nicht mehr in loser Teilchenform, sondern als feste Blöcke vorliegen und/oder besonders fest an den Rohrinnenwänden anhaften.
Gelöst wird dieses technische Problem durch das Verfahren gemäß vorliegendem Pa- tentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zu Grunde, einen vom einer Bohrmaschine angetriebenen rotierenden Bohrer in die zu reinigenden Rohre eines Rohrbündel- Wärmetauschers einzuführen und die in den Rohren enthaltenen Feststoffe mit Hilfe des rotierenden Bohrers auszuräumen, d.h. aus dem Reaktionsrohr nach Außen zu transportieren. Anstelle einer reinen Rotation kann die Bohrmaschine den Bohrer auch in eine Rotation mit einer überlagerten axialen Bewegungen versetzten. Die axiale Be- wegung kann ein kontinuierlicher Vorschub oder eine periodische, durch ein mechanisches oder hydraulische Schlagwerk erzeugte Hin- und Herbewegung sein.
Gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Bohrer ein Spiralbohrer und weist eine in dem Außenmantel des Bohrers ausgesparte spiralförmige Fördernut auf, in der die von der Bohrerspitze beim Einführen des Bohrers in das Rohr gelockerten und vereinzelten Feststoffpartikel aus dem Rohr abtransportiert werden können. Ein Spiralbohrer wird besonders bevorzugt zur Reinigung von Reaktionsrohren oder Wärmetauscherrohren verwendet, die mit steinartigem oder keramischem Material gefüllt sind, wie beispielsweise mit Katalysatorformkörpern, beschichteten Katalysatorträgerkörpern oder Formkörpern aus keramischem Inertmaterial.
Vorteilhaft weist der Spiralbohrer eine stumpfe Bohrspitze auf, um die Gefahr einer Beschädigung der Rohrinnenwände des Rohrbündels zu minimieren. Besonders be- vorzugt werden sogenannte Steinbohrer anstelle von Metallbohrern eingesetzt, was die Gefahr der Beschädigung der Rohre weiter verringert.
Spiralbohrer sind allerdings nicht geeignet, wenn die zu reinigenden Rohre metallische Einbauten, beispielsweise Einbauten zur Erhöhung des Wärmeübergangs wie Um- lenkbleche oder Spiralen enthalten.
Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Bohrer ein mit einer im Wesentlichen ringförmigen Bohrspitze versehener Hohlbohrer. Ein Hohlbohrer weist eine in Längsrichtung des Bohrers entlang der Rotationsachse ver- laufenden zentrale Ausnehmung auf, die am freien Ende des Bohrers in die Bohrspitze mündet.
Mit dieser besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können unterschiedlichsten Reaktionsrohre und Wärmetauscherrohre gereinigt werden, insbesondere auch solche Rohre, die zur Verbesserung des Wärmeübergangs metallische Einbauten, wie beispielsweise in die Reaktionsrohre eingehängte Metallspiralen aufweisen. Der erfindungsgemäß verwendete Hohlbohrer ist aufgrund seiner zentralen Ausnehmung nämlich in der Lage, um derartige Einbauten herum zu bohren, so dass ein Festfressen der Bohrspitze an Metallteilen vermieden werden kann.
Der Außendurchmesser des Spiral- oder Hohlbohrers beträgt vorzugsweise 10 bis 95 % des Innendurchmessers des zu reinigenden Rohrs.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Bohrer mittels der Bohrmaschine in Rotation versetzt, in das Rohr eingeführt und in den auszuräumenden Feststoff, beispielsweise eine verbackene Katalysatormasse, getrieben. Vorzugsweise ist im Bereich des mit der Bohrspindel der Bohrmaschine versehenen Endes des Bohrers ein Auswurffenster vorgesehen, das mit der zentralen entlang der Längsachse des Hohlbohrers verlaufenden Ausnehmung kommuniziert, aus welchem das von der Bohrspitze zerkleinerte Material ausgeworfen werden kann.
In der zentralen Ausnehmung des Hohlbohrers können auch Einbauten, wie beispiels- weise eine Wendel vorgesehen sein, die den Transport der von der Bohrspitze gelockerten Feststoffpartikel zum Auswurffenster hin unterstützen.
Vorzugsweise sind an der ringförmigen Bohrspitze zahnartige Vorsprünge vorgesehen, die das Aufbrechen des in den Rohren enthaltenen Feststoffmaterials erleichtern. Die zahnartigen Vorsprünge können beliebige Formen besitzen. Bevorzugt weisen die zahnartigen Vorsprünge aber eine dreieckige und/oder rechteckige, beispielsweise quadratische Form auf. Die dreieckigen Vorsprünge können als symmetrische oder asymmetrische Dreiecke ausgebildet sein. Im Fall von asymmetrischen Dreiecken legt die steilere Flanke des Dreiecks vorzugsweise in Drehrichtung des Bohrers.
Die zahnartigen Vorsprünge können in einer Reihe auf der ringförmigen Bohrspitze angeordnet sein. Gemäß einer Variante können die Ringe auch in mehreren konzentrischen Reihen angeordnet sein, wobei eine Anordnung in ein bis drei Reihen bevorzugt ist.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man einen Hohlbohrer, dessen Bohrspitze sich zu ihrem freien Ende hin im Wesentlichen konisch verjüngt. Durch eine solche sich verjüngende Bohrspitze werden Beschädigungen der Rohrwände zuverlässig vermieden. Der zwischen der axialen Längsachse, also der Rotationsachse, des Hohlbohrers und dem Konusmantel der Bohrspitze eingeschlossene Winkel θ liegt vorteilhaft im Bereich von 0° bis 20°, bevorzugt im Bereich von 1 ° bis 10° und besonders bevorzugt im Bereich von 1 ,5° bis 8°. Größere Konuswinkel als 20° sind weniger bevorzugt, da dann vermehrt Feststoff parti- kel zwischen dem Bohrer und der Rohrwand eingeklemmt werden. Es versteht sich, dass ein Konuswinkel von 0°, der hier ausdrücklich ebenfalls umfasst ist, einem "Konus" mit zylindrischem Mantel entspricht, der sich zur Spitze hin nicht verjüngt.
Die zahnartigen Vorsprünge können so angeordnet sein, dass alle Zähne auf einer gedachten konusartigen Fläche liegen, deren Erzeugende mit der Rotationsachse des Bohrers einen bestimmten Winkel einschließt. Wenn dieser Winkel dem Konuswinkel der sich verjüngenden Bohrspitze entspricht, liegen die Zähne also in der Verlängerung der sich verjüngenden Bohrspitze. Die gedachte Fläche kann aber auch einen Winkel mit der Rotationsachse einschließen, der größer oder kleiner als der Konuswinkel der Bohrspitze ist, so dass die Zähne gegenüber dem von der Bohrspitze gebildeten Konus nach Innen oder Außen gerichtet sind. Es können auch Hohlbohrer verwendet werden, die eine Gruppe von zahnartigen Vorsprüngen aufweisen, die auf einer ersten gedachten konusartigen Fläche liegen, während eine weitere Gruppe von zahnartigen Vorsprüngen vorgesehen ist, die auf einer zweiten gedachten konusartigen Fläche liegen, wobei die Erzeugenden der beiden konusartigen Flächen unterschiedliche Winkel mit der Rotationsachse einschließen. Bei einer solchen Variante können beispielsweise aufeinanderfolgende Zähne abwechselnd parallel zur Rotationsachse orientiert sein (d.h. der Winkel zwischen der Erzeugenden der gedachten Fläche und der Rotationsachse ist 0°) bzw. mit der Rotationsachse einen Winkel von 5° nach innen einnehmen. Bei Hohlbohrern mit mehreren Zahnreihen kann dieser Winkel auch von Zahnreihe zu Zahnreihe verschieden sein.
Die bevorzugte Anzahl von zahnartigen Vorsprüngen wird vorzugsweise in Abhängigkeit vom Außenumfang der ringförmigen Bohrspitze gewählt. Vorteilhaft sind pro Zen- timeter Außenumfang 1 bis 6 Zähne vorgesehen.
Die parallel zur Längsachse (Rotationsachse) des Bohrers gemessene Länge des sich konisch verjüngenden Teils der Bohrspitze entspricht vorzugsweise dem 0,1 bis 3- fachen des Außendurchmessers des Bohrers, wobei der Außendurchmesser in dem sich nicht verjüngenden, im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt des Bohrers gemessen wird.
Bevorzugt wird der Bohrer mit einer Umdrehungszahl zwischen 0 und 400 U/min, vorzugsweise zwischen 200 und 280 U/min betrieben.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt man die auszuräumenden Feststoffe in den Rohren des Rohrbündel- Wärmetauschers vor dem Einsatz der Bohrmaschine mit einem Lösungsmittel. Diese Variante des Verfahrens eignet sich insbesondere zur Entfernung von verklebten, zu- sammenhängenden Katalysatormaterialien aus Reaktionsrohren. Hierzu wird der Reaktor oder Wärmetauscher an seiner Unterseite wahlweise verschlossen oder mit einer kleinen Öffnung versehen. Der Rohrraum der Reaktors wird anschließend mit einem geeigneten Lösungsmittel gefüllt, das für einen Zeitraum von typischerweise 1 bis 240 Stunden auf die Feststoffe in den Rohren einwirken kann. Zur Verbesserung der Wir- kung des Lösungsmittels kann das Lösungsmittel unten am Reaktor oder Wärmetauscher abgezogen und in einem Kreislauf oben auf den Reaktor oder Wärmetauscher wieder aufgegeben werden. Dieser Lösungsmittelkreislauf kann selbstverständlich auch in umgekehrter Richtung betrieben werden. Die umgepumpte Flüssigkeitsmenge wird dabei vorzugsweise so bemessen, dass sich in den Reaktionsrohren eine Leer- rohrgeschwindigkeit von 0 bis 1 m/s einstellt. Unter Leerrohrgeschwindigkeit ist dabei die rechnerisch ermittelte Geschwindigkeit aus Durchfluss und Rohrquerschnitt zu verstehen, die sich ergäbe, wenn die Rohre völlig ohne Füllung wären. Durch Betrieb des Lösungsmittelkreislaufs unter erhöhtem Vordruck können auch Leerrohrgeschwindigkeiten über 1 m/s erreicht werden. Als Lösungsmittel wird vorzugsweise Wasser und besonders bevorzugt ein alkalisches Lösungsmittel wie verdünnte oder konzentrierte Natronlauge beziehungsweise verdünnte oder konzentrierte Kalilauge verwendet.
Im Anschluss an das erfindungsgemäße Verfahren können verbleibende Alkalireste durch eine Spülung mit Wasser aus den Rohren des Rohrbündels entfernt werden. Anschließend lässt man die Rohre an der Umgebungsluft oder durch Einblasen von erwärmter Luft trocknen. Je nach Konstruktionsmaterial der Rohre des Rohrbündels kann es wünschenswert sein, gegebenenfalls vorhandene Rostflecken zu entfernen, beispielsweise durch Sandstrahlen.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich auch die Verwendung einer, vorzugsweise mit einem Spiralbohrer oder eine Hohlbohrer versehenen Bohrmaschine zum Entfernen von Feststoffen aus Rohren eines Rohrbündel-Wärmetauschers.
Die Erfindung wir im Folgenden unter Bezugnahme auf in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellte Ausführungsformen bevorzugter Bohrerspitzen und an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert.
In den Zeichnungen sind in den
Figuren 1 bis 4 schematische Teilansichten der Bohrspitzen von bevorzugten Ausführungsformen der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Bohrer dargestellt.
Dabei zeigt Figur 1 einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlbohrer 10, der eine im wesentlichen kreisringförmige Bohrspitze 11 aufweist. Die Bohrspitze 11 ist mit zahnartigen Vorsprüngen 12 versehen. Die zahnartigen Vorsprünge 12 sind bei dem Bohrer der Figur 1 als im Wesentlichen symmetrische Dreiecke ausgebildet.
Dem gegenüber zeigt Figur 2 eine Variante des Bohrers der Figur 1 , wobei der ebenfalls im Wesentlichen zylindrische Hohlbohrer 20 an der Bohrspitze 21 mit asymmetrischen dreieckigen Vorsprüngen 22 versehen ist. Die steilere Flanke 23 der Dreiecke 22 zeigt dabei in die durch einen Pfeil symbolisierte Drehrichtung des Bohrers.
Figur 3 zeigt einen zylindrischen Hohlbohrer 30, dessen Bohrspitze 31 mit rechteckigen Vorsprüngen 32 versehen ist.
Figur 4 zeigt eine besonders bevorzugte Variante eines im Wesentlichen zylindrischen Hohlbohrers 40, dessen Bohrspitze 41 einen sich zum freien Ende hin verjüngenden konusförmigen Abschnitt 44 aufweist. Zwischen der Mantellinie (Erzeugenden) 45 und der zentralen Längsachse 46 des Bohrers 40 wird ein Konuswinkel θ eingeschlossen. Zur besseren Übersicht sind in Figur 4 die auf der Bohrspitze erfindungsgemäß vorgesehenen zahnartigen Vorsprünge nicht dargestellt.
Vergleichsbeispiel 1 :
Ein Reaktor mit Rohren mit 25 mm Durchmesser war am oberen Ende mit zylindrischen Formkörpern (Inerte) der Größe 7 mm x 7 mm x 4 mm (Außendurchmesser x Höhe x Innendurchmesser) gefüllt. Durch Ablagerungen, die aus MoO3 und koksartigen Bestandteilen bestanden, waren die Formkörper miteinander verbacken. Der Versuch diese Rohre mittels eines Absaugrohres abzusaugen, das aus einem Kunststoffschlauch mit einem an der Spitze montierten 80 cm langen, schräg angeschnittenen Metallrohr mit 85% Reaktionsrohrdurchmesser bestand , blieb ohne Erfolg.
Beispiel 2:
Der Reaktor aus Vergleichsbeispiel 1 wurde mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt.
Dazu wurde eine Bohrmaschine mit einem Hohlbohrer bestückt. Der Hohlbohrer hatte folgende geometrische Daten: Stahlschaft mit einer Länge von 400 mm, einem Durch- messer von 23 mm und einem Konuswinkel von 5°. Die Länge des Konus betrug30 mm. Die Bezahnung des Bohrers bestand aus 15 auf dem Umfang der Bohrspitze angeschweißten und eingeschliffenen Zähnen aus Stellit, die als symmetrische Dreiecke mit einer Höhe von 3 mm ausgebildet waren. Der Bohrer wurde mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 220 bis 280 U/min betrieben.
Die verbackene Schicht konnte entfernt problemlos werden. Die Zeit [Minu- ten:Sekunden] für das Durchbohren verbackenen Schicht betrug pro Rohr, je nach Verbackungsgrad, zwischen 26 sec und 39 sec. Die verbackene Schicht hatte eine Dicke von ca. 200mm. Die darunter liegenden Inerte und die folgenden Katalysator- formkörper konnten anschließend abgesaugt werden.
Beispiele 3 - 13:
Wie Beispiel 2, jedoch mit jeweils unterschiedlichen Bohrergeometrien.
Die Beispiele 2 bis 13 sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst. Die Reinigung der Rohre war in allen Fällen möglich. Man erkennt jedoch, dass die Verwendung von Bohrern mit Konuswinkeln von weniger als 20° und Zahnhöhen von weniger als 7 mm bevorzugt sind.
Figure imgf000010_0001
*) häufiges Festfressen des Bohrers **) ein Zahn abgebrochen Tabelle 1 : Zusammenfassung der Beispiele 3 -13
Beispiel 15
Ein Reaktionsgasnachkühler erwies sich nach dem Ausbau als völlig verdreckt mit har- tem Material, welches auch bis in die Rohre eingedrungen war. Der schwarze Dreck enthielt Molybdän und verlor beim Erhitzen auf 800 °C an Luft 26,8 % seiner Masse, was als Kohlenstoff interpretiert wurde (Bestimmt mit der Methode der Thermogravi- metrie). Mechanische Methoden der Reinigung erwiesen sich als erfolglos oder sehr zeitaufwendig. So war zwar durch das Ausbohren der einzelnen Rohre mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Reinigung möglich, jedoch nahm diese sehr viel Zeit in Anspruch. Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde der Reaktionsgasnachkühler daher unten verschlossen und mit einer 10%igen Natronlaugen- Lösung gefüllt. Das Bauteil blieb für 36 Stunden so stehen. Nach dem Ablassen der Natronlauge und folgender Neutralwäsche mit Wasser konnten 87% der verdreckten Rohre mit einer Drahtbürste gereinigt werden. Die verbleibenden 13% konnten durch Ausbohren mit einem erfindungsgemäßen Bohrer wie in Beispiel 2 beschrieben schnell und problemlos aus den Rohren entfernt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Entfernen von Feststoffen aus Rohren eines Rohrbündel- Wärmetauschers, wobei man einen von einer Bohrmaschine angetriebenen Bohrer in ein Rohr des Rohrbündel-Wärmetauchers einführt und in dem Rohr enthaltene Feststoffe ausräumt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei man einen Spiralbohrer verwendet, dessen Außendurchmesser 10% bis 95% des Innendurchmessers des Rohrs beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Bohrer ein Spiralbohrer ist.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Bohrer ein mit einer im wesentlichen ringförmigen Bohrspitze versehener Hohlbohrer ist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Bohrspitze zahnartige Vorsprünge aufweist.
6. Verfahren gemäß Ansprüche 5, wobei die zahnartigen Vorsprünge eine dreieckige und/oder rechteckige Form aufweisen.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die zahnartigen Vorsprünge in ein bis drei konzentrischen Reihen auf der Bohrspitze angeordnet sind.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei man einen Hohlbohrer verwendet, dessen Bohrspitze sich zu ihrem freien Ende hin im wesentlich konisch verjüngt.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der sich konusförmig verjüngende Abschnitt der Bohrspitze einen Konuswinkel (θ) aufweist, der im Bereich von 0° bis 20°, vorzugsweise im Bereich von 1° bis 10° und besonders bevorzugt im Bereich von 1 ,5° bis 8° liegt.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei die Länge des sich verjüngenden konischen Abschnitts der Bohrspitze das 0,1- bis 3-fache des Außendurchmessers des Bohrers beträgt.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei man die auszuräumenden Feststoffe in dem Rohr vor dem Einsatz der Bohrmaschine mit einem Lösungsmittel behandelt.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11 , wobei man das Lösungsmittel in einem Kreislauf durch das Rohr fördert.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Rohrbündel- Wärmetauscher ein Rohrbündelreaktor ist, dessen Rohre eine Katalysatorschüt- tung als Feststoffe enthalten.
14. Verwendung eines Bohrmaschine zum Entfernen von Feststoffen aus Rohren eines Rohrbündel-Wärmetauschers.
15. Verwendung nach Anspruch 14, wobei die Bohrmaschine mit einem Spiralbohrer versehen ist.
16. Verwendung nach Anspruch 14, wobei die Bohrmaschine mit einem Kronenboh- rer versehen ist.
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