DE2317893A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung katalytischer endothermer reaktionen - Google Patents

Description

Dortmund

Aktenzeichen 10 007

Vorrichtung zur Durchführung katalytischer endothermer Reaktionen.

Gemäß OS 2 055 439, Figur 4 bis Figur¹8, ist eine Vorrichtung zur Durchführung katalytischer endothermer Reaktionen bekannt. In ihr werden in den katalysatorgefüllten Rohren Kohlenwasserstoffe in Gegenwart von Dampf unter erhöhtem Druck gespalten. Zur Minderung der Rohrbeanspruchung wird auch die Heizgasseite unter erhöhtem Druck betrieben. Die Endtemperatur des Produktgases ist in der Regel höher als 700 C, vorzugsweise höher als 800 C. Damit ergibt sich das Problem, das heiße Produktgas in einer Vielzahl von Rohren durch den Ofenboden zu führen. Die Aufgabe besteht insbesondere darin, für jedes Rohr eine getrennte Zu- und Abführung in das bzw. aus dem unter Heizgasdruck stehende Gefäß zu finden, ohne das Gefäß unnötig zu vergrößern oder eine unvertretbare Verschwächung der Böden durch eine Vielzahl von Rohrdurchtritten zu schaffen. Getrennte Zu- und Ableitungen sind erforderlich, damit im Schadensfall einzelne Reaktionsrohre von außen blindgeflanscht werden können.

Gemäß OS 2 055 ^39 erfolgt die Zuleitung der zu spaltenden Kohlenwasserstoffe über einzelne flexible dünne Rohrleitungen, die zur Kompensation der thermischen Dehnungen dienen. Wegen der niedrigen Temperatur der Einsatzstoffe von ca. 500 ⁰C stellt die Konstruktion an dieser Stelle kein Problem dar. Anders ist es am Austritt. Die hohe Temperatur sowohl auf der Produkt- als auf der Heizgasseite schließt eine normale Durchführung und Einschweißung der Rohre durch den Boden aus. In der zitierten OS wird die Durchführung durch den Boden dadurch ermöglicht, daß das heiße Gas aus dem Raktionsrohr in ein dünnes Rohr geleitet wird, das Über eine Kühlkappe mit dem Boden gasdicht verschweißt ist; der Boden wird von einem Kühlmittel in einem direkt an den

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Boden angebauten Wärmetauscher gekühlt, z.B. Wasser, das vorzugsweise unter einem günstigen Druck gehalten wird. Damit trennt der Boden im Bereich der Rohrdurchführung gleichzeitig drei Medien, nämlich Produktgas, Heizgas und Kühlmittel.

Nicht ganz befriedigend ist, daß das dünne Auslaßrohr mit zusätzlichen kritischen Schweißnähten einerseits im Heizgasraum und andererseits auch im Wasserraum als Bauelement vorhanden ist. Dieses Bauelement muß wegen der thermischen Bedingungen aus einem hochlegierten Austenit bestehen. Auf der Wasserseite sind andererseits Austenite gefährdet durch Spannungsrißkorrosion.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die Durchführung der heißen Produktgase durch den Druckgefäßboden günstig zu gestalten, ohne die Vorteile gemäß OS 2 055 439 aufzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kühlrohre des Wärmetauschers den äußeren Boden -des Wärmetauschers durchdringen, mit demselben dicht verbunden sind und am oder im Zwischenboden fest verbunden sind, daß die mit Katalysator gefüllten Reaktionsrohre im unteren Teil Katalysatortragroste aufweisen, dabei ein katalysatorfreies Reaktionsrohrstück in einer Länge von mindestens dem einfachen Rohrdurchmesser verbleibt, an die Tragroste sich gasdicht je ein wärmeisoliertes Produktgasableitungsrohr anschließt, die Produktgasableitungsrohre zentral in den katalysatorfreien Rohrstücken angeordnet sind und sie berührungsfrei in die Kühlrohre hineinragen und der Raum zwischen Produktgasableitungsrohr und Reaktionsrohr mit Isolierwerkstoff gefüllt ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Produktgasableitungsrohr innerhalb des Kühlrohres bis zum äußeren Behälterboden des Wärmetauschers oder darüber hinaus verlängert.

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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auf der Gasseite austenitisches Material für die hohe Wärmebelastung eingesetzt werden kann ohne daß dieses austenitische Material mit dem Kühlmedium in Berührung kommt. Der Boden des Druckgefäßes in dem das Heizgas sich befindet steht nicht in direktem Kontakt mit den produktgasdurchströmten Reaktionsrohren. Ober das katalysatorfreie Rohrstück des Reaktionsrohres findet ein genügend großer Temperaturabbau statt, so daß der Zwischenboden zwischen Wärmetauscher und Druckgefäß eine verminderte Betriebstemperatur aufweist.

Die Erfindung wird anhand der Figur 1 beispielhaft beschrieben.

Das Innere 1 des Rohres 2 ist mit Katalysator gefüllt, der auf dem Katalysatorrost 3 liegt. Unter dem Katalysatorrost 3 ist ein konisches Rohrstück 4 innerhalb des Rohres 2 dicht eingesetzt. Mit dem konischen Rohrstück U ist ein Produktgasableitungsrohr 5 verbunden, das über den Behälterboden 6 des innen isolierten Druckgefäßes hinausreicht und innerhalb des Kühlrohres 7 endet, so daß die heißen Produktgase über das konische Rohrstück U und das Gasableitungsrohr 5 in das Kühlrohr 7 gelangen, ohne dabei das Rohr 2 im unteren Bereich und den Boden 6 am Durchtritt 8 konvektiv aufzuheizen. Der Wärmetauscherraum IH zwischen den Behälterböden 6 und 13 und um das Kühlrohr 7 ist mit einem Kühlmedium, vorzugsweise Wasser, gefüllt. Zur Verminderung einer möglichen Wärmeübertragung durch Strahlung ist der Zwischenraum zwischen dem Gasableitungsrohr 5 und dem Rohr 2 in bekannter Weise mit einer Wärmeisolierung 9 gefüllt, wobei das Gasableitungsrohr 5 eine separate dünne Isolierummantelung 10 erhält. Der Druckgefäßbehälterboden 6 muß auf der Heizgasseite ebenfalls mit einer Wärmeisolierung 11 versehen werden. Je nach den Betriebsbedingungen wird auch ein Teil des über die Isolierung 11 hinausragenden Teiles des Rohres 2 mit einer äußeren Isolierung 12 versehen. Das Kühlrohr 7 ist einerseits mit dem Behälterboden und andererseits mit dem Behälterboden 13 des Wärmetauschers verbunden. Aus dem Kühlrohr 7 tritt das Produktgas nach Abkühlung

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aus und kann dann in bekannter Weise zu einem Sammelgefäß, das nicht Gegenstand der Erfindung ist, fortgeleitet werden. Im Sammelgefäß werden die einzelnen Produktgasströme aus einer Vielzahl von Rohren 2, wovon nur eins dargestellt ist, zusammengeführt. Die Abkühlung der Produktgase kann im wesentlichen in zweifacher Hinsicht beeinflußt werden, und zwar einmal über die Länge des Kühlrohres 7 und zum anderen über die Länge des isolierten Produktgasableitungsrohres 5. Durch die erfindungsgemäße Ausführung ist gewährleistet, daß die heißen Produktgase gefahrlos durch den Druckgefäßboden 6 geführt werden bei einer vertretbaren Verschwächung des Gefäßboden 6 durch die Vielzahl der notwendigen Durchführungen. Die Schweißnaht 15 liegt in einem Bereich, in dem die Temperatur des Rohres 2 durch die Art der Kombination von Kühlung, Isolierung und Prozeßgasführung derart abgebaut ist, daß ein Werkstoffwechsel von hochtemperaturbeständigem CrNi-Stahl des Rohres 2 auf einen normalen Kesselbaustahl für den Behälterboden 6 erfolgen kann.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausstattung der Erfindung. Hier erstreckt sich das isolierte Produktgasableitungsrohr 5 über die ganze Länge des Kühlrohres 7, so daß das Produktgas praktisch ohne Abkühlung den Wärmetauscher verläßt. In dem Raum 14 wird nur soviel Kühlwasser eingeführt, daß die Temperatur des Druckgefäßboden 6 auf den zulässigen Wert gekühlt wird.

Figur 3 verdeutlicht eine weitere Maßnahme zum Abbau der hohen Wandtemperatur des Rohres 2 vom beheizten Bereich bis hin zum Druckgefäßboden 6, die darin besteht, daß der Wärmefluß zum Gefäßboden 6 durch eine Verschwächung der Wanddicke des Rohres unterhalb des Katalysatorrostes 3 beginnend, vermindert wird. Der Obergang vom Anschluß des Rohres 2 zum Gefäßboden 6 kann wieder in normaler Stärke ausgeführt werden.

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Claims (2)

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   Patentansprüche

   1> Druckgefäß mit katalysatorgefüllten Reaktionsrohren zum Spalten gasförmiger Kohlenwasserstoffe im Gemisch mit Wasserdampf bei Drücken über 5 atm. im Druckgefäß und in den Reaktionsrohren und bei Temperaturen über 700 C, wobei die Reaktionsrohre mit Heizgas beheizt werden, mit mindestens einem Heizgaseinlaß- und einem Heizgasauslaßstutzen und einem unmittelbar an den Boden des Druckgefäßes anschließenden V/ärmetauscher wobei der Boden auf der einen Seite mit dem Heizgas und auf der anderen Seite mit dem Kühlmedium in Berührung kommt, nach OS 2 055 439, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrohre (7.) des Wärmetauschers (14) den äußeren Boden (13) des Wärmetauschers durchdringen, mit demselben dicht verbunden sind und am oder im Zwischenboden (6) fest verbunden sind, daß die mit Katalysator (1) gefüllten Reaktionsrohre (2) im unteren Teil Katalysatortragroste (3) aufweisen, dabei ein katalysatorfreies Reaktionsrohrstück in einer Länge von mindestens dem einfachen Rohdurchmesser verbleibt, an die Tragroste (3) sich gasdicht je ein wärmeisoliertes Produktgasableitungsrohr (4, 5) anschließt, die Produktgasableitungsrohre (4, 5) zentral in den katalysatorfreien Rohrstücken angeordnet sind und sie berührungsfrei in die Kühlrohre (7) hineinragen und der Raum (9) zwischen Produktgasableitungsrohr (4, 5) und Reaktionsrohr (2) mit Isolierwerkstoff (9) gefüllt ist.
2. 2. Druckgefäß nach Anschpruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß sich das wärmeisolierte Produktgasableitungsrohr innerhalb des Kühlrohres bis zum äußeren Behälterboden des Wärmetauschers erstreckt oder darüberhinaus.

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