WO2014095490A1 - Reformer - Google Patents

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    • B01J2219/00155—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories

Definitions

  • the invention relates to a reformer with a collecting line and with a final collecting line, wherein the collecting line and the end collecting line at an angle, preferably perpendicular to each other.
  • the invention relates to a process for the separation of process gas in a reformer, in which process gas is passed through a reaction tube, a manifold and a final manifold.
  • Reformer of the type mentioned are well known and are equipped for industrial use with vertical reaction / cracking tubes. These reaction or gap tubes are arranged in rows and are traversed from top to bottom of process gas. This process gas is subjected to a so-called splitting process. The reaction tubes are in turn connected to manifolds, which in turn are connected at an angle to a final header (transfer line). The fixed point of thermal expansion of the arrangement of reaction tubes, manifold and Endammeltechnisch is usually the outflow end of the final bus.
  • the invention provides that an expansion compensation line is arranged between the manifold and the end manifold, which opens into the manifold and the end manifold, wherein the thermal expansion of the expansion equalization line is equal to the thermal expansion of the end manifold, this also applies to the tubes and collectors.
  • the basic idea of the invention is to provide a collection system in a reformer with a strain compensation.
  • the thermal expansion of the expansion compensation line preferably with a shorter total length relative to the end manifold, is equal and opposite to the thermal expansion of the end manifold.
  • the expansion compensation line arcuate and / or angled formed areas. This results in a jump, which is calculated as follows for each individual expansion compensation line:
  • the span I2 on the end manifold indicates the length of the deviation of the confluence point (ie the location on the end manifold at which the expansion equalization line opens into the end manifold) from the vertical run of the manifold .
  • the length of this final length to the fixed point on the final bus is denoted by Ii.
  • Thermal expansion of the end manifold is preferably minimized by internal insulation thereof and concomitant cooling of the pressure jacket.
  • a thermally low expansion coefficient, z. B. has a ferritic steel.
  • the thermal expansion of the expansion compensation line is preferably by an external insulation thereof and the use of high thermal expansion coefficients, for. B. of austenitic steels maximized. Basically, other steel variations are possible.
  • an advantageous embodiment of the invention therefore provides that the expansion compensation line comprises an austenitic steel.
  • the invention relates to a process for the separation of process gas in a reformer, in which process gas is passed through a reaction tube, a manifold and a final manifold, wherein the process gas is additionally passed through an arranged between the end manifold and manifold expansion compensation line and the expansion compensation line the same thermal expansion as experiences the final bus and this is opposite.
  • the process gas can preferably additionally be passed through an expansion compensation line arranged between the reactor tube and the manifold, wherein the expansion compensation line experiences the same thermal expansion as the manifold and is opposite thereto.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a final bus with a bus with corresponding sectional views and in the
  • FIG. Figures 2 and 3 show, in perspective view, a final bus and a plurality of bus bars connected to the end bus by means of expansion equalization lines.
  • the end collecting line or insulated transfer line denoted by 2 in FIG. 1 not explicitly illustrated a reformer 1, from which the Ausdehnschien the system emanating.
  • An externally insulated busbar 3 of the reformer is connected via an example austenitic compensation line 4 and expansion compensation line to the transfer line 2.
  • This compensation line 4 is shown as well as the transfer line 2 in Fig. 1 in section.
  • the pressure jacket 8 and the insulating layer 9 is arranged to the flow cross-section 10 of the compensation line 4.
  • the transfer line 2 on the outside also on a designated metallic coat 5, which in turn surrounds an insulating layer 6, which in turn is positioned around the flow cross-section 7 of the transfer line 2 around.
  • the total thermal expansion of the lines are determined by the pressure jacket 5, 8.
  • the metallic compensation line 4 is surrounded on the outside by an insulating layer 6.
  • the described embodiment of the invention is to be modified in many ⁇ ways, without departing from the spirit of the invention.
  • the invention is not limited to a particular material of the respective lines, nor to the nature of the insulation.
  • the expansion compensation lines as well as the manifolds can be isolated inside or outside and the like. More.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Reformer mit einer Sammelleitung (3) und einer Endsammelleitung bzw. Transferleitung (2), wobei die Sammelleitung (3) und die Endsammelleitung (2) in einem Winkel, vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufen. Um Lateralbewegungen der Reaktionsrohre in Richtung der Endsammelleitung und Sammelleitungen zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, dass zwischen Sammelleitung (3) und Endsammelleitung (2) eine Dehnungsausgleichsleitung (4) angeordnet ist, die in die Sammelleitung (3) und in die Endsammelleitung (2) mündet, wobei die thermische Ausdehnung der Dehnungsausgleichsleitung (4) gleich und entgegengesetzt der thermischen Ausdehnung der Endsammelleitung (2) ist, wobei (I1 + l2) * tw1 a1 = I2 * tW2 a2 < - > I2 = I1 tw1 a1 / (tW2 a2 - tw1 a1) ist, wobei tw1, tw2, a1, a2 die Temperaturen und Ausdehnungskoeffizienten der Endsammelleitung (2) und der Dehnungsausgleichsleitung (4) ist, sowie I2 ein Versprung auf der Endsammelleitung (2) ist, der die Länge der Abweichung des Einmündungspunktes von dem senkrechten Verlauf der Sammelleitung (3) bezeichnet, wobei die sich dieser Länge bis zum Festpunkt anschließende Länge auf der Endsammelleitung I1 ist.

Description

Reformer
Die Erfindung betrifft einen Reformer mit einer Sammelleitung und mit einer Endsammelleitung, wobei die Sammelleitung und die Endsammelleitung in einem Winkel, vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufen.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Spaltung von Prozessgas in einem Reformer, bei dem Prozessgas durch ein Reaktionsrohr, eine Sammelleitung sowie eine Endsammelleitung geleitet wird.
Reformer der eingangs genannten Art sind hinreichend bekannt und sind für den großtechnischen Einsatz mit senkrecht stehenden Reaktions-/Spaltrohren ausgestattet. Diese Reaktions- bzw. Spaltrohre sind in Reihen angeordnet und werden von oben nach unten von Prozessgas durchströmt. Dieses Prozessgas wird dabei einem sogenannten Spaltprozess unterzogen. Die Reaktionsrohre sind wiederum an Sammelleitungen angeschlossen, die wiederum in einem Winkel mit einer Endsammelleitung (Transferleitung) verbunden sind . Der Festpunkt der thermischen Ausdehnung der Anordnung aus Reaktionsrohren, Sammelleitung und Endsammelleitung ist dabei üblicherweise das Ausströmungsende der Endsammelleitung .
Bei einer festen Verbindung zwischen Reaktionsrohren und Sammelleitung oder Sammelleitung und Endsammelleitung resultiert eine axiale thermische Ausdehnung eines Bauteiles in einer lateralen Verschiebung der angeschlossenen, vom Festpunkt weiter entfernt liegenden Bauteile.
Bei sehr großen Reformern führen diese sich addierenden thermischen Ausdehnungen zu großen Lateralbewegungen der Reaktionsrohre in Richtung der Endsammelleitung und Sammelleitungen, die die Durchführungen der Rohre durch den Boden und die Decke des Reformers konstruktiv schwierig oder sogar ab einer gewissen Größe praktisch unmöglich machen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung manifestieren sich in den Unteransprüchen.
Die Erfindung sieht vor, dass zwischen Sammelleitung und Endsammelleitung eine Dehnungsausgleichsleitung angeordnet ist, die in die Sammelleitung und in die Endsammelleitung mündet, wobei die thermische Ausdehnung der Dehnungsausgleichsleitung gleich der thermischen Ausdehnung der Endsammelleitung ist, dies gilt auch für die Rohre und Sammler.
Grundlegende Idee der Erfindung ist es, ein Sammelsystem in einem Reformer mit einer Dehnungskompensation zu schaffen. Gemäß der Erfindung ist dabei die thermische Ausdehnung der Dehnungsausgleichsleitung, vorzugsweise bei kürzerer Gesamtlänge gegenüber der Endsammelleitung, gleich und entgegengesetzt der thermischen Ausdehnung der Endsammelleitung. Dabei weist die Dehnungsausgleichsleitung bogenförmige und/oder winklig ausgebildete Bereiche auf. Hierdurch entsteht ein Versprung, der sich für jede einzelne Dehnungsausgleichsleitung wie folgt berechnet:
(Ii + l2) * twl dl = I2 * tw2 Ü2 <"> l2 = Ii twl Ol / (tw2 Ol ~ twl Ol)
Für den Fall, dass die Sammelleitung senkrecht auf die Endsammelleitung zuläuft, bezeichnet der Versprung I2 auf der Endsammelleitung die Länge der Abweichung des Einmündungspunktes (d.h. die Stelle auf der Endsammelleitung, an der die Dehnungsausgleichsleitung in die Endsammelleitung mündet), von dem senkrechten Verlauf der Sammelleitung. Die sich dieser Länge bis zum Festpunkt anschließende Länge auf der Endsammelleitung ist mit Ii bezeichnet. Die Temperaturen twi, tw2 sowie die Dehnungskoeffizienten cu, 02 sind die ent¬ sprechenden Temperaturen bzw. Ausdehnungskoeffizienten der Endsammelleitung und der jeweiligen Dehnungsausgleichsleitungen. Typische Temperaturen für einen Reformer in einer Propandehydrisierungsanlage sind twi = 160°C und tW2 = 570°C. Die Dehnungskoeffizienten betragen ungefähr cu = 1,3 mm/(100°C x m) und a2 = 1,8 mm/(100°C x m), wobei die Ausgleichsleitungen für 160/570°C fast spannungsfrei sind, was die thermischen Dehnungen anbelangt.
Eine thermische Ausdehnung der Endsammelleitung wird vorzugsweise durch eine Innenisolierung derselben und einer damit einhergehenden Kühlung des Druckmantels minimiert. Hierzu dient auch, dass vorteilhafterweise der Druckmantel der Endsammelleitung einen thermisch niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, z. B. einen ferritischen Stahl aufweist. Gleichzeitig wird die thermische Ausdehnung der Dehnungsausgleichsleitung vorzugsweise durch eine Außenisolierung derselben und die Verwendung von hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, z. B. von austenitischen Stählen maximiert. Grundsätzlich sind auch andere Stahlvariationen möglich.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, dass die Dehnungsausgleichsleitung einen austenitischen Stahl aufweist.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Spaltung von Prozessgas in einem Reformer, bei dem Prozessgas durch ein Reaktionsrohr, eine Sammelleitung sowie eine Endsammelleitung geleitet wird, wobei das Prozessgas zusätzlich durch eine zwischen Endsammelleitung und Sammelleitung angeordnete Dehnungsausgleichsleitung geleitet wird und die Dehnungsausgleichsleitung dieselbe thermische Ausdehnung wie die Endsammelleitung erfährt und dieser entgegengesetzt ist.
Vorzugsweise kann das Prozessgas im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich durch eine zwischen Reaktorrohr und Sammelleitung angeordnete Dehnungsausgleichsleitung geleitet werden, wobei die Dehnungsausgleichsleitung dieselbe thermische Ausdehnung wie die Sammelleitung erfährt und dieser entgegengesetzt ist. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Diese zeigt in :
Fig . 1 eine Prinzipdarstellung einer Endsammelleitung mit einer Sammelleitung mit entsprechenden Schnittdarstellungen und in den
Fig . 2 und 3 in perspektivischer Ansicht eine Endsammelleitung und eine Vielzahl von Sammelleitungen, die mittels Dehnungsausgleichsleitungen mit der Endsammelleitung verbunden sind .
Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, weist die mit 2 bezeichnete Endsammelleitung bzw. isolierte Transferleitung eines in Fig . 1 nicht explizit dargestellten Reformers einen Fixpunkt 1 auf, von dem die Ausdehnbewegungen des Syste- mes ausgehen.
Eine außenisolierte Sammelleitung 3 des Reformers ist über eine beispielsweise austenitische Kompensationsleitung 4 bzw. Dehnungsausgleichsleitung mit der Transferleitung 2 verbunden. Diese Kompensationsleitung 4 ist ebenso wie die Transferleitung 2 in Fig. 1 im Schnitt dargestellt. Um den Strömungsquerschnitt 10 der Kompensationsleitung 4 ist der Druckmantel 8 sowie die Isolierschicht 9 angeordnet.
Erkennbar weist die Transferleitung 2 außen auch einen mit 5 bezeichneten metallischen Mantel auf, der seinerseits eine Isolierschicht 6 umgibt, die ihrerseits um den Strömungsquerschnitt 7 der Transferleitung 2 herum positioniert ist.
Insgesamt werden die thermischen Gesamtdehnungen der Leitungen durch die des Druckmantels 5, 8 bestimmt. Im dargestellten Beispiel der Fig. 1 ist die metallische Kompensationsleitung 4 außen von einer Isolierschicht 6 umgeben.
Zum Verständnis des Dehnungsausgleiches bzw. der Dehnung selbst sind in Fig. 1 noch die Dehnungswege Ii und l2 eingezeichnet, die weiter vorne in den ent¬ sprechenden Berechnungsgleichungen ihren Niederschlag gefunden haben.
In den Fig. 2 und 3 sind praktische Ausführungsmöglichkeiten der Anordnungen wiedergegeben, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsformen beschränkt wäre.
In Fig. 2 bzw. in gleicher Weise in Fig. 3 ist erkennbar, dass die Dehnungsausgleichsleitungen 4 von der Fixpunktseite aus gesehen in ihrer Länge anwachsen, um den sich addierenden Dehnungsausgleich zu gewährleisten. Aus diesem Grunde sind diese Leitungen mit 4a bis 4e bezeichnet.
Natürlich ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung noch in viel¬ facher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So ist die Erfindung nicht auf ein bestimmtes Material der jeweiligen Leitungen beschränkt, ebenso nicht auf die Art der Isolierung. So können die Dehnungsausgleichsleitungen ebenso wie die Sammelleitungen innen oder außen isoliert sein und dergl. mehr.
Bezuaszeichenliste:
1 Fixpunkt
2 Transferleitung
3 Sammler (Sammelleitung)
4 Kompensationsleitung (Dehnungsausgleichsleitung)
5 Mantel
6 Isolierschicht
7 Strömungsquerschnitt
8 Mantel
9 Isolierschicht
10 Strömungsquerschnitt

Claims

Patentansprüche:
1. Reformer mit einer Sammelleitung (3) und mit einer Endsammelleitung bzw. Transferleitung (2), wobei die Sammelleitung (3) und die Endsammelleitung (2) in einem Winkel, vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufen,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Sammelleitung (3) und Endsammelleitung (2) eine Kompensati- ons- bzw. Dehnungsausgleichsleitung (4) angeordnet ist, die in die Sammelleitung (3) und in die Endsammelleitung (2) mündet, wobei die thermische Ausdehnung der Dehnungsausgleichsleitung (4) gleich und entgegengesetzt der thermischen Ausdehnung der Endsammelleitung (2) ist, wobei ( I i + l2) * twi cu = l2 * tw2 a2 <-> l2 = I i twi ai / (tw2 a2 - twi cu) ist, wobei twi , tw2, cu, a2 die Tem¬ peraturen und Ausdehnungskoeffizienten der Endsammelleitung (2) und der Dehnungsausgleichsleitung (4) ist, sowie l2 ein Versprung auf der Endsammelleitung (2) ist, der die Länge der Abweichung des Einmündungspunktes von dem senkrechten Verlauf der Sammelleitung (3) bezeichnet, wobei die sich dieser Länge bis zum Festpunkt anschließende Länge auf der Endsammelleitung I i ist.
2. Reformer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen einem Reaktionsrohr und Sammelleitung (3) die Dehnungsausgleichsleitung (4) angeordnet ist.
3. Reformer nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Endsammelleitung (2) eine Innenisolierung aufweist.
4. Reformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dehnungsausgleichsleitung (4) eine Außenisolierung (6a) aufweist.
5. Reformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Endsammelleitung (2) ein Material mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der 1,3 mm/(100°C x m) beträgt, aufweist.
6. Reformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dehnungsausgleichsleitung (4) ein Material mit hohem Ausdehnungskoeffizienten, der 1,8 mm/(100°C x m) beträgt, aufweist.
7. Reformer nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Endsammelleitung (2) einen ferritischen Stahl aufweist.
8. Reformer nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dehnungsausgleichsleitung (4) einen austenitischen Stahl aufweist.
9. Verfahren zur Spaltung von Prozessgas in einem Reformer, bei dem Prozessgas durch ein Reaktionsrohr, eine Sammelleitung (3) sowie eine Endsammelleitung (2) geleitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Prozessgas zusätzlich durch eine zwischen Endsammelleitung (2) und Sammelleitung (3) angeordnete Dehnungsausgleichsleitung (4) geleitet wird, wobei die Dehnungsausgleichsleitung (4) dieselbe thermische Ausdehnung wie die Endsammelleitung (2) erfährt und dieser entgegengesetzt ist, wobei (I i + l2) * twi cu = l2 * tw2 a2 <-> l2 = Ii twi ai / (tw2 a2 - twi cu) ist, wobei twi, tw2, cu, a2 die Tem¬ peraturen und Ausdehnungskoeffizienten der Endsammelleitung (2) und der Dehnungsausgleichsleitung (4) ist, sowie l2 ein Versprung auf der Endsammelleitung (2) ist, der die Länge der Abweichung des Einmündungspunktes von dem senkrechten Verlauf der Sammelleitung (3) bezeichnet, wobei die sich dieser Länge bis zum Festpunkt anschließende Länge auf der Endsammelleitung Ii ist.
10. Verfahren zur Spaltung von Prozessgas in einem Reformer, bei dem Prozessgas durch ein Reaktionsrohr, eine Sammelleitung (3) sowie eine Endsammelleitung (2) geleitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Prozessgas zusätzlich durch eine zwischen Reaktionsrohr und Sammelleitung (3) angeordnete Dehnungsausgleichsleitung (4) geleitet wird, wobei die Dehnungsausgleichsleitung (4) dieselbe thermische Ausdehnung wie das Reaktionsrohr erfährt und dieser entgegengesetzt ist, wobei (Ii + l2) * twi cu = l2 * tw2 a2 <-> l2 = Ii twi ai / (tw2 a2 - twi ai) ist, wobei twi, tw2, cu, a2 die Temperaturen und Ausdehnungskoeffizienten der Endsammelleitung (2) und der Dehnungsausgleichsleitung (4) ist, sowie l2 ein Versprung auf der Endsammelleitung (2) ist, der die Länge der Abweichung des Einmündungspunktes von dem senkrechten Verlauf der Sammelleitung (3) bezeichnet, wobei die sich dieser Länge bis zum Festpunkt anschließende Länge auf der Endsammelleitung Ii ist.
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