DE1601235B

DE1601235B - Furnace for the thermal treatment of hydrocarbons

Info

Publication number: DE1601235B
Authority: DE
Inventors: Bruce Alden White Plains N.Y.; Leitner Walter Penns Neck N.J.; Fankhanel Martin Oscar Cambria Height N.Y.; Wallace (V.StA.)
Original assignee: Pullman Inc., Chicago, 111. (V.StA.)

Description

In den Zeichnungen istIn the drawings is

Die Erfindung betrifft einen Ofen zur thermi- F i g. 1 ein horizontaler Schnitt durch eine bevor-The invention relates to a furnace for thermal F i g. 1 a horizontal section through a

schen Behandlung von Kohlenwasserstoffe.; bei hoher 65 zugte Ausführungsform eines Ofens gemäß der ErTemperatur, der einen von einer Anzahl unterein- findung,chemical treatment of hydrocarbons .; at a high 65 drawn embodiment of a furnace according to the Er temperature, one of a number of subordinates,

a.u.ier verbundener Rohre durchlaufenen und mit Fig. 2 ein senkrechter Schnitt durch den Ofen vona.u.ier connected pipes and with Fig. 2 a vertical section through the furnace of

einer Anzahl von Brennern ausgestatteten Strah- Fig. 1,a number of burners equipped jet Fig. 1,

ϊ 601ϊ 601

Fig 3 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, des Ofens von Fig. 1,3 is a perspective view, partly in Section, of the furnace of Fig. 1,

pig. 4 eine schematische V eranschaulichung einer Rohranordnung, die von derjenigen in der bevorzugrcn Ausführungsform der Fig. 1,2 und 3 abweicht.pig. 4 is a schematic illustration of a Pipe arrangement which is preferred from that in the The embodiment of FIGS. 1, 2 and 3 differs.

Wie in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigt, wird der im wesentlichen rechteckige Ofen 1 von den Seitenwänden 10, den Endwänden 12, dem Dach 14 und Je_n, Boden 16 begrenzt. Innerhalb des Ofens befinden sich Längswände 18, die im wesentlichen die volle Höhe des Ofeninneren haben, derart, daß nur «snug Raum zwischen den oberen Enden dieser Längswände 18 und dem Dach 14 bleibt, um eine thermische Expansion der Wände zuzulassen. Die Längswände 18 sind in Abständen voneinander und naralle! zueinander so angeordnet, daß sie eine gemeinsame Abzugszone, die durch den lnnenraum des Ofens 1 verläuft, bilden. Innerha.b des Ofens sind eint Anzahl Querwände 22 parallel zu den Endwänden so angeordnet, daß sie rechtwinklig an die Länesw .nde 18 anstoßen und zwei Serien von Feuerun'szonen24a, 24b und 241 bilden. Ebenso vrie die I ängswände 18 haben die Querwände 22 imAs shown in Figs. 1, 2 and 3, the substantially rectangular furnace 1 from the side walls 10, end walls 12, roof 14 and Depending _n, floor 16 is limited. Within the furnace there are longitudinal walls 18 which are substantially the full height of the furnace interior, so that only a little space remains between the upper ends of these longitudinal walls 18 and the roof 14 to allow thermal expansion of the walls. The longitudinal walls 18 are spaced apart and naralle! arranged in relation to one another in such a way that they form a common exhaust zone which runs through the interior of the furnace 1. Inside the furnace, a number of transverse walls 22 are arranged parallel to the end walls in such a way that they abut the longitudinal walls 18 at right angles and form two series of fire zones 24 a, 24 b and 241. Likewise, the longitudinal walls 18 have the transverse walls 22 in the

wesentl'.hen die volle Höhe des Ofeninneren. so daß jede der Feuerungszonen 24β. 24 ή und 24 c gegen die anderen isoliert ist. Das heißt, es ist keine Strömung von Verbrennungsgasen zwischen den Feuerungszonen möglich, und jede der Feuerungszonen steht nur mit der gemeinsamen Abzugszone fo offener Verbindung. Durch den Aufbau des^Ofens _aus isolierten Zellen und die wärmeisolierende Wirkune des feuerfesten Materials, aus dem er aufgebaut ist wird praktisch jede Wärmeübertragung z\vischen den Feuerungszonen vermieden, so^ daß die Temperaturen in einer Feuerungszone genau und nnahhäneie von den Temperaturen in den benachbarten Feuerungszonen reguliert werden können.essentially the full height of the interior of the oven. so that each of the firing zones 24β. 24 ή and 24 c is isolated from the others. This means that combustion gases cannot flow between the combustion zones, and each of the combustion zones is only openly connected to the common discharge zone fo. The structure of the furnace _from insulated cells and the heat-insulating effect of the refractory material from which it is constructed practically prevents any heat transfer between the firing zones, so that the temperatures in one firing zone are exactly and closely related to the temperatures in the neighboring ones Firing zones can be regulated.

Jede Feueruneszone weist in den Längswanden 18 Öffnuimen 40 auf. durch die eine offene Verbindung Twisrh-n jeder Feuerungszone und der gemein-Smcn Abzugszone 20 für den Durchschnitt von Ver-Mn₈SgJ geschaffen wird. Der Verbrenr.ungsaasauslaßtt ermöglicht den Durchtritt des Abgases (das in der gemein, amen Abzugszone 20 durch Vermischen der aus jeder Feuerungszone abgezogenen Verbr.nnungsgase gebildet wird) in die KonvekuonsSamnfer 28.^g Abzugszone 20, Abzugsgasausaß 26 und Konvektionsheizkammer 28 sind in Serie S dem Abzug 30 angeordnet. In beiden Zweigen de pöbelten Abzugs 30 sind Strömungsdämpfer V₂ ζί Steuerung des Durchtritts der Abgase ange-Each fire zone has openings 40 in the longitudinal walls 18. by which an open connection Twisrh-n of each combustion zone and the common-Smcn discharge zone 20 is created for the average of Ver-Mn ₈ SgJ. The Verbrenr.ungsaasauslaßtt allows the passage of the exhaust gas (which is formed in common, truly off-take zone 20 by mixing the withdrawn from each firing zone Verbr.nnungsgase) in the KonvekuonsSamnfer 28 ^g off-take zone 20, Abzugsgasausaß 26 and 28 are the Konvektionsheizkammer in series S Trigger 30 arranged. _{Flow dampers V 2} ζί control of the passage of the exhaust gases are installed in both branches of the pöbelten trigger 30.

Innerhalb ieder der Feuerungszonen sind am Boden eine Anzahl Brenner 34 befestigt. Die Brenner Sd innerhalb jeder Feuerungszone in zwei Reihen und innerhalb eder Reihe in Flucht zueinander so dnet daß iede Reihe parallel zu der benachsenkrechten Wand aus feuerfestem Material, versorgt Die Feuerung jedes der Brenner erfolgt unabhängig und durch übliche Mittel. Die Brenner sinct so angeordnet, daß jeder Brenner einer /.eile seine Flamme und die Verbrennungsgase aufwärts an cue benachbarte Wandfläche21 schlagen und daran nacn oben strömen läßt und diese Fläche mit Rammen und heißen Verbrennungsgasen so einhüllt, dais eine Strahlungsheizfläche gebildet wird.Inside each of the firing zones are on the ground a number of burners 34 attached. The burners Sd within each firing zone in two rows and within each row in alignment with one another so that each row is parallel to the perpendicular one Wall made of refractory material, supplied. Each of the burners is fired independently and by usual means. The burner sinks arranged so that each burner has its own Strike the flame and the combustion gases upwards against the adjacent wall surface21 and approach it above and ramming this area and hot combustion gases so that a radiant heating surface is formed.

Reaktionsmasse wird durch vier voneinander unabhängige Rohrsätze durch den Ofeü gefuhrt, wooei je zwei Sätze durch jede der beiden Serien ^is°^liener Feuerungszetlen führen. Jeder Rohrsatz besteht aus. Vorheizrohren 36, die vorzugsweise vertikal üinerhalb der Konvektionshei2kammer28 angeordnet una so miteinander verbunden sind, daß sie vorheizrohrschlangen 33 bilden, ver-Valen Reaktionsronren 37, die innerhalb der Feuerungszonen 24 α, 24 O una 24 c angeordnet und so miteinander verbunden sind, daß sie Reaktionsrohrschlangen 39 bilden, innere Überquerungsleitungen 35, die die ReaktionsronrscUangen 39 in Serie miteinander verbinden una äußeren Überquerungsleitungen38, die die \orneizrohrschlangen 33 in Serie mit den Reaktionsronrschlangen39 verbinden.Reaction mass independent sets of tubes is guided by the Ofeü by four, two each lead wooei rates through each of the two series ^is ^Liener Feuerungszetlen °. Each tube set consists of. Preheating tubes 36, which are preferably arranged vertically within the convection heating chamber 28 and connected to one another in such a way that they form preheating tube coils 33, ver-Valen reaction tubes 37, which are arranged within the firing zones 24 α, 24 O and 24 c and are connected to one another so that they are reaction tube coils 39 form inner crossing lines 35 which connect the reaction coils 39 in series with one another and outer crossing lines 38 which connect the reaction coils 33 in series with the reaction coils 39.

a₅ Reaktionsmasse tritt in die Vorheizrohrscnlangen 33 in der Konvektionsheizkaminer 28 ein una strömt durch die äußere Überquerungsleitung 3» m die Reaktionsrohrschlange 39 in der Feuerungszone 24 a, von dort in Serie durch die innere uoerquerungsleitung 35 zu den Reaktionsrohrscnlangen 39 in den Feuerungszonen 24 b und 24 c. Die Keantionsrohrschlangen 39 sind innerhalb ihrer rz\xrungszellen so angeordnet, daß vertikale KeaKtionsrohre 37 in einer Reihe in Flucht zueinander αηα parallel zu und zwischen einander gegenüber angeordnet befeuerten Flächen 21 aus feuerfestem Material verlaufen. Die vertikalen Reaktionsrohre ii sino in ausreichenden Abständen voneinander angeoranet, daß benachbarte Rohre sich nicht gegenseitig von der von den Strahlungsheizflachen an den uoerflächen 21 ausgehenden Strahlungswarme abschirmen können. Dadurch wird jedes Rohr vol s^and.g und gleichmäßig über se.ne gesamte Oberfläche oer Strahlungswärme ausgesetzt In dieser Weise sind zwei Sätze von Reaktionsrohren «nnerhalb emer ge ineinsamen Serie von Feuerungszellen bei '-nsgesamt λ ier Reaktionsrohrsätzen in dem Ofen angeordnet.A ₅ reaction mass enters the preheating pipe coil 33 in the convection heating chamber 28 and the reaction pipe coil 39 flows through the outer crossing line 3 »m in the firing zone 24 a, from there in series through the inner crossing pipe 35 to the reaction pipe coils 39 in the firing zones 24 b and 24 c. The Keantionsrohrschlangen 39 are disposed within their rz \ x approximately cells so that vertical KeaKtionsrohre 37 extend to each other in a row in alignment αηα parallel to and between oppositely disposed fired surfaces 21 of refractory material. The vertical reaction tubes ii are arranged at sufficient distances from one another that adjacent tubes cannot shield one another from the radiant heat emanating from the radiant heating surfaces on the outer surfaces 21. As a result, each tube is fully and evenly exposed to radiant heat over its entire surface. In this way, two sets of reaction tubes are arranged within a single series of furnace cells for a total of four sets of reaction tubes in the furnace.

Natürlich kann jede gewünschte Anzahl von Rohr sätzen innerhalb einer Feuerungszelle verwendet werden, und diese Zahl ist nur du.ch dus Große der Feuerungszellen und die jP™»*te Anzahl von Reaktionsrohrsätzen beschrankt. Beispielsweise Kon nen wie in F i g 4 gezeigt d«i p«aUeIe Satze von Reaktionsrohren 1 a, 1 b und 1 innerhalb einer_ em ₅₅ zelnen Feuerungszelle so ^ X[^JfJ^ Satz symmetrisch und in gleicher We« der von den Strahlungsheizflachen auf den ««««ηζι. aoge strahlten ^ rmeausgesem.stauch kann ede geOf course, any desired number of tube sets can be used within a furnace, and this number is only limited by the size of the furnace and the number of reaction tube sets. For example, Kon nen as in F ig 4 shown d "ip" aUeIe sets of reaction tubes 1 a, 1 b and 1 individual within einer_ em ₅₅ Feuerungszelle so ^ X [^ jfj ^ set symmetrical and in the same We "of the of the Strahlungsheizflachen on «« «« Ηζι. aoge beamed ^ rmeausgesem.stauch can ede ge

sfmSz^erden, daB siesfmSz ^ ground that they

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bestimmten, durch ein bestimmtes Verfahren ge- Zwischenschaltung der verhältnismäßig langen gegebenen Anforderungen genügt meinsamen Abzugszone 20 in Kombination mit derspecific interposition of the relatively long given by a specific procedure The common extraction zone 20 in combination with the

In der in den F i g. 1, 2 und 3 gezeigten bevorzug- Anordnung der Ventilationsmittel 40 am Boden des ten Ausführungsform strömen beim Betrieb des Ofens dazu, die von den verschiedenen Feuerungs-Ofens verbrauchte Verbrennungsgase aus jeder der S Zonen abziehenden und vorzugsweise in der Ab-Feuerungszellen durch die Öffnungen 40 in den zugszone20 weiter aufgeheizten Verbrennungsgasc Längswänden 18 in eine gemeinsame Abzugszone 20. zu vermischen, so daß sie mit einer einheitlichen Die öffnungen 40 sind am oder nahe am Boden des hohen Temperatur in die Konvektionsheizkammer Ofens angeordnet, um das Umlaufen der Verbren- eintreten. Auf diese Weise kann die Reaktionsmasse nungsgase in den Feuerungszonen zu begünstigen io gleichmäßig bis nahe an die gewünschte Reaktionsund damit eine gute Wärmeübertragung zu gewähr- tempe-atur vorgeheizt werden, bevor sie in die Feueleisten, da diese Anordnung die von den Brenner- rungszonen eintritt und kann nach Eintreten in die flammen aufsteigenden heißen Verbrennungsgase Reaktionsrohrschlangen in der Feuerungszone des nach unten zum Boden der Feuerungszone lenken, Ofens rasch auf die Reaktionstemperatur gebracht wo sie gemeinsam durch die öffnungen 40 in die ge- 15 werden.In the FIG. 1, 2 and 3 shown preferred arrangement of the ventilation means 40 at the bottom of the th embodiment flow when the furnace is in operation, from the various furnace furnaces withdrawing spent combustion gases from each of the S zones, and preferably in the Ab firing cells combustion gas further heated through the openings 40 in the drawing zone 20 To mix longitudinal walls 18 in a common withdrawal zone 20, so that they are with a uniform The openings 40 are at or near the bottom of the high temperature in the convection heating chamber Furnace arranged to allow the recirculation of the incineration to occur. In this way the reaction mass to promote the combustion gases in the firing zones evenly up to close to the desired reaction and so that a good heat transfer is preheated to ensure temperature before they are put into the roof bars, since this arrangement enters from the combustion zones and can after entering the flames rising hot combustion gases reaction coils in the combustion zone of the steer it down to the bottom of the firing zone, the furnace is quickly brought to reaction temperature where they are together through the openings 40 in the 15.

meinsame Abzugszone 20 strömen. Nach Eintritt in Die vertikale Anordnung der Vorheizrohre 36 för-common discharge zone 20 flow. After entering the vertical arrangement of the preheating pipes 36

die Abzugszone 20 strömen die vereinigten Verbren- dert eine gleichmäßige Erwärmung jedes Satzes vonthe exhaust zone 20 flows the combined burns uniform heating of each set of

nungsgase nach oben und als Abgas aus der Ab- Vorheizrohren, insofern, als die Achsen der Vorheiz-tion gases upwards and as exhaust gas from the preheating pipes, insofar as the axes of the preheating

zugszone20 über den Abgasaustritt 26 in die Kon- schlangen eines jeden Satzes praktisch parallel zurZugszone20 via the exhaust gas outlet 26 into the serpentines of each set practically parallel to the

vektionsheizkammer 28. Die vertikalen Vorheizrohre »o Strömungsrichtung der heißen Abgase verlaufen undvection heating chamber 28. The vertical preheating pipes run in the direction of flow of the hot exhaust gases and

36 werden von diesen heißen Abgasen aufgeheizt, jedes Vorheizrohr daher in gleicher Weise zu dem36 are heated by these hot exhaust gases, so each preheating tube is the same as the

während diese durch die Konvektionsheizkammer 28 Temper'turgradienten in der Konvektionsheizkam-while this through the convection heating chamber 28 temperature gradients in the convection heating chamber

strömen. Von dort werden die Abgase über den Ab- mer ausgerichtet ist. Durch die vertikale Anordnungstream. From there the exhaust gases are directed over the Abmer. Due to the vertical arrangement

zug 30, worin ihre Strömung durch Strömungsdämp- der Vorheizrohre entfällt auch die Notwendigkeittrain 30, in which its flow through flow dampers of the preheating pipes, also eliminates the need

fer32 gesteuert wird, abgezogen. 95 von Rohrträgern, die bei Verwendung horizontalfer32 is controlled, deducted. 95 of pipe supports that when used horizontally

Ein Satz an einer Wand befestigter Brenner 42 verlaufender Vorheizrohre vorgesehen werden müßwird durch das Rohrsystem 44 mit Brennstoff und ten und von denen viele innerhalb der heißesten Luft versorgt und dient dazu, die Verbrennungs- Teile des Konvektionsabschnittes angeordnet sein gase aus den Feuerungszellen 24 α, 24 b und 24 c müßten, um die Rohre abzustützen. Da eine Hochin der Abzugszone 20 weiter aufzuheizen und diese 30 temperaturpyrolyse oft Abgastemperaturen in der Gase bei einer höheren Temperatur zu halten, als sie Größenordnung von etwa 1260° C erfordert, um die bei Verwendung nur der aus den einzelnen Feue- Reaktionsmasse ausreichend vorzuheizen, müßten rungszonen herausgetragenen Konvektionswärme er- derartige Träger aus sehr teuren hochtemperaturbezielt werden kann. Die Temperatur der in die Kon- ständigen Legierungen bestehen. Die in dem Ofen vektionsheizkammer 28 eingeleiteten Gase kann auf 35 der Erfindung verwendeten Vorheizschlangen mit diese Weise unabhängig von der Feuerung in den vertikalen Rohren können dagegen im oberen Ende einzelnen Feuerungszonen auf einen bestimmten des Konvektionsabschnittes befestigt werden, ebenso Wert eingestellt werden. Da die Feuerungszonen wie die Reaktionsrohre im oberen Teil des Straheiner Serie bei verschiedenen Temperaturen gehalten lungsheizabschnitts des Ofens befestigt sind. Auch werden können und gewöhnlich auch bei verschie- 40 ein Absinken der Rohre oder von Rohrteilen wird denen Temperaturen gehalten werden, dient die weitgehend vermieden.A set of wall-mounted burners 42 running preheat pipes must be provided through the pipe system 44 with fuel and th and many of which are supplied within the hottest air and serve to divert the combustion parts of the convection section gases from the furnace cells 24 α, 24 b and 24 c would have to support the pipes. Since a high in the discharge zone 20 to continue to heat up and this 30 temperature pyrolysis often to keep exhaust gas temperatures in the gases at a higher temperature than it requires in the order of about 1260 ° C, in order to preheat sufficiently when using only the individual Feue reaction mass, would have to Convection heat carried out by the areas such as this can be obtained from very expensive high-temperature carriers. The temperature in which the constant alloys exist. The gases introduced into the furnace vektionsheizkammer 28 can be used in the invention preheating coils with this way regardless of the furnace in the vertical tubes can be fixed in the upper end of individual firing zones on a certain of the convection section, as well as value can be adjusted. Since the firing zones like the reaction tubes are attached to the upper part of the Straheiner series, the heating section of the furnace is kept at different temperatures. A drop in the pipes or pipe parts at which temperatures are maintained, which is largely avoided, can and usually also be avoided.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 2 lungsheizabschnitt, one of a number of preheating patent claims: tubes traversed convection heating chamber and a discharge zone for transferring hot, from the

1. Furnace for the thermal treatment of burners in the radiant heating section of the hydrocarbons produced, one of a 5 burn products into the convection heat chamber number of interconnected tubes through- for heating the preheating tubes, the running and equipped with a number of burners preheat tubes and the vertical tubes in the jet Radiant heating section, one of lungsheizabschnitt are connected to each other so a number of preheating tubes traversed by the reaction mass one after the other vection heating chamber and a discharge zone for io.

Transfer of hot, from the burners in the jet- At a high temperature and under

lungsheizabschnitt produced combustion products short dwell times to be carried out in the convection heating chamber for heating thermal treatment of hydrocarbons of the preheating tubes, the preheating must be the reaction phase for a precise tube and the vertical tubes in the radiation reaction time, often for fractions of seconds heating section so are connected to one another, the, to a certain and uniformly high temdass that they are heated one after the other by the reaction mass temperature so that the desired flow is passed through, thereby marked and undesired side reactions that the radiant heating chambers are completely or largely omitted,
at least one series of vertical refractory tube furnaces of the type described above are made up of walls (22) which are essentially the full height of the radiant heating section, in a few- Vol. 3, page 221, last section up to page 222, at least a series of side-by-side fires - special Fig. 27 and subdivided from the German Ausrungszonen (24a, 24b, 24c) , the document 1 041 926 known. These known Röh discharge zone (20) of a number of these 25 furnaces are, however, for the use of very high firing zones (24a, 246, 24c) due to a wide temperature of, for example, up to 1260 ° C for such a refractory wall (18) Openings that the furnace according to the invention is provided (40) in its base, uie a flow is not suitable because the pipes run horizontally between the exhaust zone and the furnace and therefore sink when heated and because they allow zones, is separated , the above 30 no means by which a sufficient rectified burner (34) is ensured moderation of the heating in each furnace zone, at two oppositely arranged fire- The tube furnace according to the invention is thereby

fixed walls (22,12) are arranged, characterized in that the radiant heating chamber the tubes (37) in each firing zone in at least one series of rtical refractories stand vertically from each other in a single 35 walls that are essentially the full height of the Row in alignment with one another between the one radiant heating section, in at least one on the other opposite refractory walls, under the series of firing zones lying side by side (22,12) and which is divided on these walls, the withdrawal zone of a number of these arranged, upward-facing burners (34) firing zones through another such refractory are arranged. 40 wall with openings in its bottom part, the one

2. Furnace according to claim 1, characterized in that two series of firing zones allow rungs zones to be separated and the after (24 ". 24 b, 24 c) within the radiation above-directed burner in each Firing zone on the heating section, namely one is provided on each side of the two oppositely arranged refractory common discharge zones (20). 45 walls are arranged with the tubes in each

3. Furnace according to claim 1 or 2, marked firing zone at distances from one another vertically in is characterized by burner (42) in the common - a single row in alignment between each other Exit zone (20) for heating the see through the fire arranged opposite one another exhaust gases flowing through them. solid walls and those arranged on these walls

4. Furnace arranged according to one of the preceding Antennas, burners pointing upwards Proverbs, characterized in that the preceding are.

heating pipes (36) vertical in the convection heating are preferably within the radiation chamber (28) are arranged. cut two series of combustion zones, namely

5. Furnace according to one of the preceding claims, one on each side of the common extraction zone, claims, characterized in that the ßren- 55 is provided.

ner (34) in the firing zones on the bottom (16) in the common discharge zone is preferred

are arranged. a burner for heating the through them

flowing exhaust gases provided.

The preheating tubes are expediently vertical in the

60 convection heating chamber and the burners in the

Firing zones are preferably arranged on the floor.