DE951275C

DE951275C - Tube heat exchanger

Info

Publication number: DE951275C
Application number: DEM20458A
Authority: DE
Inventors: Hans Koermann
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1953-10-20
Filing date: 1953-10-20
Publication date: 1956-10-25

Description

Röhrenwärmeaustauscher Bei Röhrenwärmeaustauschern, wie sie insbesondere in Kontaktöfen für die Kohlenwasserstoffsynthese verwendet werden und bei denen durch senkrecht angeordnete Kühlrohre ein flüssiges Kühlmittel,' vorzugsweise Wasser, von unten nach oben im Kreislauf hindurchgeführt wird, besteht gelegentlich das Bedürfnis einer abgestuften Temperaturführung in verschiedenen übereinandergelegenen Kühlzonen. Das gilt besonders mit Bezug auf Kontaktöfen .für die Flüssiigphasensynthese. Hierbei wird das Gas von unten in den Ofen eingeführt und steigt in Blasen durch eine Suspension des Katalysators in Öl. Die Reaktionswärme wird durch die innerhalb des Ofens angeordneten Kühlrohre, durch die unter Druck siedendes Wasser hindurchgeführt wird, abgeführt, :wobei die Kühlung so geleitet wird, daB stets möglichst genau die günstigste Synthesetemperatur eingehalten wird. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß eine begrenzte Temperaturerhöhung im oberen Teil des Ofens eine Erhöhung des Kohlenoxydumsatzes ohne schädliche Nebenwirkungen, wie Methanbildung und Kohlenstoffabscheidung, bewirkt.Tubular heat exchangers In tubular heat exchangers, such as those in particular are used in contact furnaces for hydrocarbon synthesis and in which a liquid coolant, preferably water, through vertically arranged cooling pipes is passed through from the bottom up in the circuit, there is occasionally that Need for a graded temperature control in different superimposed Cooling zones. This is particularly true with regard to contact furnaces for liquid phase synthesis. The gas is introduced into the furnace from below and rises through in bubbles a suspension of the catalyst in oil. The heat of reaction is through the inside of the furnace arranged cooling pipes through which the water boiling under pressure is passed is discharged, whereby the cooling is conducted in such a way that it is always as precise as possible the most favorable synthesis temperature is maintained. It has been shown in practice that a limited increase in temperature in the upper part of the furnace increases the Carbon dioxide turnover without harmful side effects, such as methane formation and carbon deposition, causes.

Der naheliegendste Weg, im oberen Teil des Ofens .eine höhere Temperatur zu erreichen, .ist der, daß man zwei oder mehr Kühlrohrsysteme übereinander im. Ofen anordnet, die unabhängig voneinander regelbar sind. Diese Ausführung hat jedoch verschiedene schwerwiegende Nachteile. Beispielsweise ergibt sich durch die notwendige Zusammenführung der beiden Kühlrohrsysteme auf der Ein-und Austrittsseite und durch das Herausführen der Anschlußleitungen aus dem Ofenmantel sowie durch die Verwendung mehrerer Dampfsammler ein verwickelter Aufbau dies Ofens. Ferner ergeben sich unerwünschte Querschnittsverengungen im Ofenraum, die die Bewegungen des Synthesegases und des Ölstromes behindern.The most obvious way, in the upper part of the oven .a higher temperature to achieve, .is that you have two or more cooling pipe systems on top of each other in the. Arranges oven, which can be regulated independently of each other. However, this version has different serious drawbacks. For example, results from the necessary merging the two cooling pipe systems on the inlet and outlet side and through the lead out the connection lines from the furnace jacket and through the use of several steam collectors an intricate structure of this furnace. Furthermore, undesirable cross-sectional constrictions result in the furnace, which hinder the movement of the synthesis gas and the flow of oil.

Die Erfindung besteht darin, daß die senkrechten Kühlrohre zum Teil oder alle je ein von oben her in den Rohrraum mit Spiel hineinragendes Tauchrohr enthalten und daB die oberen Enden des Tauchrohres und des zugehörigen Kühlrohres durch je eine Absperrvorrichtung in eine gemeinsame Kühlmittelrückleitung münden. Diese Anordnung gestattet es, mit einfachsten Mitteln die jeweils gewünschten Temperaturverhältnisse in dem Ofen herbeizuführen, und zwar einfach durch ent= sprechende Bedienung der die Tauchrohre und die-Kühlrohre mit der Kühlmittelrückleitung verbindenden Absperrvorrichtungen. Werden z. B. die Absperrvorrichtungen für die oberen Kühlrohrenden geöffnet, dagegen die Absperrvorrichtungen der Tauchrohre geschlossen, so ergibt sich im gesamten Bereich der Kühlrohre eine gleichmäßige Reaktionstemperatur. Öffnet man dagegen die Absperrvorrichtungen der Tauchrohre und schließt die Absperrvorrichtungen der Kühlrohre, so wird sich in dem Raum zwischen den Kühlrohren und den Tauchrohren zunächst 1Taßdampf ansammeln, der durch den. weiteren Wärmeübergang vom Reaktionsraum zu den Tauchrohren. getrocknet wird. Der Wärmeübergang durch diese Räume wird dadurch vermindert, und es ergibt sich eine Steigerung der Reaktionstemperatur in der oberen Ofenzone. Zwischen diesen beiden Zuständen können natürlich durch nur teilweises Öffnen bzw. Schließen der Absperrvorrichtungen die Temperaturverhältnisse beliebig geregelt werden. Es können nötigenfalls auch selbsttätige Regelvorrichtungen zur Konstanthaltung bestimmter Temperaturverhältnisse vorgesehen sein.The invention consists in that the vertical cooling pipes in part or all one immersion tube protruding from above into the tube space with clearance and that the upper ends of the immersion tube and the associated cooling tube open through a shut-off device in a common coolant return line. This arrangement allows the respectively desired temperature conditions to be achieved with the simplest means to bring about in the furnace, simply by operating the appropriate the shut-off devices connecting the immersion pipes and the cooling pipes to the coolant return line. Are z. B. opened the shut-off devices for the upper ends of the cooling tube, however the shut-off devices of the immersion pipes closed, so it results in the whole Area of the cooling tubes a uniform reaction temperature. One opens against it the shut-off devices of the immersion pipes and closes the shut-off devices of the Cooling tubes, it will be in the space between the cooling tubes and the immersion tubes first collect 1 cup of steam that passes through the. further heat transfer from the reaction space to the immersion tubes. is dried. The heat transfer through these rooms is thereby decreased, and there is an increase in the reaction temperature in the upper Oven zone. Of course, there is only partial between these two states Open or close the shut-off devices, the temperature conditions as desired be managed. If necessary, automatic control devices can also be used Keeping certain temperature conditions constant can be provided.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung sind finit den oberen Enden der Kühlrohre und der Tauchrohre Heizmittelleitungen, beispielsweise Heizdampfleitungen, über je eine Absperrvorrichtung verbunden. Dadurch ist es möglich, das gesamte Rohrsystem im Bedarfsfalle aufzuheizen. Ferner kann durch Einführen von Heiedempf in die Kühlrohre und Abführung dieses Heizdampfes durch die Tauchrohre nötigenfalls der oberen Ofenzone zusätzliche Wärme zugeführt werden.In a further embodiment of the invention, the upper ends are finite the cooling pipes and the immersion pipes heating medium lines, for example heating steam lines, each connected via a shut-off device. This makes it possible to use the entire pipe system to be heated up if necessary. Furthermore, by inserting Heiedempf into the cooling pipes and removal of this heating steam through the dip tubes, if necessary, of the upper furnace zone additional heat can be supplied.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kühlrohre im Bereich der Tauchrohre erweitert, um möglichst günstige Querschnittsverhältnisse für die Kühlrohre zu erhalten.In a preferred embodiment of the invention, the cooling tubes are in the area of the immersion tubes expanded to have the most favorable cross-sectional ratios possible for the cooling pipes.

In baulicher Hinsicht bietet die Erfindung den besonderen Vorteil, daß die Zusammenführung der Kühlelemente und die Kühlmittelrückleitung außerhalb des Kontaktraumes angeordnet werden können, so .daß sie die Strömung im Reaktionsraum nicht störend beeinflussen. Das gesamte Kühlsystem läßt sich so ausbilden, daß es in einfachster Weise in die Ofenummantelung eingesetzt werden kann.In structural terms, the invention offers the particular advantage that the merging of the cooling elements and the coolant return line outside of the contact space can be arranged so that they control the flow in the reaction space do not interfere. The entire cooling system can be trained so that it can be used in the simplest way in the furnace casing.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht beschränkt auf Kontaktöfen .für die Kohlenwasserstoffsynthese; sie kommt vielmehr für alle Wärme--austauscher in Betracht, bei denen es darauf ankommt, abweichende Temperaturverhältnisse in verschiedenen übereinarndergelegen@en Zonen herbeizuführen.The application of the invention is not limited to contact furnaces .für hydrocarbon synthesis; rather, it comes in for all heat exchangers Consider, where it is important, different temperature conditions in different to bring about superimposed zones.

Ein -Ausführungsbeispiel eines einzelnen Kühlelementes für einen Kontaktofen ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.An embodiment of a single cooling element for a contact furnace is shown schematically in the drawing.

Das Kühlrohr i, welches sich senkrecht durch den Kontaktraum erstreckt, ist als abgestuftes Rohr ausgebildet. Die Rohrstufe i" mit dem größeren Durchmesser befindet sich in der oberen Zone 2". und die Rohrstufe ib mit dem kleineren Durchmesser in der unteren Zone 2b des Kontaktraumes. In den erweiterten oberen Teil i" des Kühlrohres ragt von oben her ein Tauchrohr 3 hinein, das am unteren Ende mit Öffnungen versehen ist. Die oberen Enden des Kühlrohres i und des Tauch rohres 3 sind durch Absperrvorrichtungen 4 bzw. 5 mit einer gemeinsamen Kühlmittelrückleitung 6 verbunden, die in einen Dampfsammler 7 mündet. Letzterer ist durch eine Leitung 8 an das untere Ende des Kühlrohres angeschlossen. In die oberen Enden des Kühlrohres i und des Tauchrohres 3 münden durch je eine Absperrvorrichtung 9 bzw. io Heizdampflei.tungen i i bzw. 12.The cooling tube i, which extends vertically through the contact space, is designed as a stepped tube. The pipe step i "with the larger diameter is located in the upper zone 2 ". and the pipe step ib with the smaller diameter in the lower zone 2b of the contact space. In the extended upper part i "of the A dip tube 3 protrudes from the top of the cooling tube and has openings at the lower end is provided. The upper ends of the cooling tube i and the immersion tube 3 are through Shut-off devices 4 or 5 connected to a common coolant return line 6, which opens into a steam collector 7. The latter is through a line 8 to the lower Connected to the end of the cooling tube. In the upper ends of the cooling tube i and des Immersion tube 3 open through a shut-off device 9 or heating steam lines i i or 12.

Das beschriebene Kühlelement arbeitet wie :folgt: Wenn die Absperrvorrichtung 5 geschlossen und die Absperrvorrichtung 4 geöffnet ist, so wird durch das Kühlelement in der gesamten Höhe des Reaktionsraumes eine etwa gleiche Reaktionstemperatur herbeigeführt. Öffnet man jedoch die Absperrvorrichtung 5 und schlie3t die Absperrvorrichtung 4, so sammelt sich in - dem Teil i" des Kühlrohres Dampf, der den Wärmeüibergang im Bereich der oberen Zone 2Q :des Kontaktraumes vermindert, so daß in dieser Zone eine Steigerung der Reaktionstemperatur eintritt. Durch nur teilweises Öffnen bzw. Schließen der Absperrvorrichtungen läß,t sich die Temperatur in der oberen Zone beliebig einstellen. Nötigenfalls können Mittel zur selbsttätigen Regelung der Temperaturverhältnisse vorgesehen sein.The described cooling element works as follows: When the shut-off device 5 is closed and the shut-off device 4 is open, the cooling element brought about an approximately the same reaction temperature over the entire height of the reaction chamber. However, if you open the shut-off device 5 and close the shut-off device 4, so steam collects in the part i "of the cooling tube, which the heat transfer in the Area of the upper zone 2Q: of the contact space reduced, so that in this zone an increase in the reaction temperature occurs. By only partially opening or Closing the shut-off devices lets the temperature in the upper zone decrease set as desired. If necessary, means for automatic control of the temperature conditions can be used be provided.

Durch entsprechende Betätigung der Absperrvorrichtungen 9 und io kann im Bedarfsfalle dem oberen Ofenteil zusätzliche Wärme zugeführt werden, oder es kann das ganze Rohrsystem aufgeheizt werden.By appropriate actuation of the shut-off devices 9 and io can if necessary, additional heat can be supplied to the upper part of the furnace, or it the whole pipe system can be heated up.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Tubular heat exchangers, especially in contact furnaces for hydrocarbon synthesis, in which a liquid coolant, preferably water, is circulated from bottom to top through vertically arranged cooling tubes, characterized in that some or all of the vertical cooling tubes are fed into the from above Ruhr area contain immersion tube protruding with play and that the upper ends of the immersion tube and the associated cooling tube each open into a common cooling medium return line through a shut-off device. z. Tubular heat exchanger according to Claim i, characterized in that heating medium lines, for example hot steam lines, are each connected to the upper ends of the cooling pipes and the immersion pipes via a shut-off device. 3. Tubular heat exchanger according to claims i and z, characterized in that the cooling pipes are widened in the region of the immersion pipes.