Коллекторный трубопровод для трубчатых печей риформинга

Коллекторный трубопровод для трубчатых печей риформинга

Реферат

Изобретение относится к коллекторному трубопроводу для трубчатых печей риформинга, который изнутри наружу имеет по меньшей мере два слоя, которые образуются внутренним изоляционным слоем и металлической внешней или соответственно несущей трубой. Далее, коллекторный трубопровод содержит несколько патрубков, через которые реакционные трубы трубчатой печи могут соединяться с коллекторным трубопроводом. При этом коллекторный трубопровод имеет разные термические сопротивления в направлении периметра. Они могут реализоваться за счет разных толщин изоляционного слоя и/или за счет имеющих разную теплопроводность материалов, как правило, огнестойких сортов бетона или фасонного кирпича. Далее, изобретение охватывает трубчатую печь риформинга, в которой предусмотрен один или несколько коллекторных трубопроводов, согласно одной из соответствующих изобретению форм выполнения.

Известно множество трубчатых печей риформинга для непрямого нагрева расщепляемых веществ, в частности для расщепления углеводородов для получения синтез-газа и/или водорода. В этих трубчатых печах риформинга в печной камере расположено множество реакционных труб в виде регистра или пучка, причем эти реакционные трубы связываются с коллекторными трубопроводами, которые проходят ниже основания печи. В документе DE 1 542 530 B показана одна из таких трубчатых риформинговых печей.

Как дальше показано в документе DE 1 542 530 B, сами коллекторные трубопроводы выполнены многослойными и содержат по меньшей мере одну внешнюю металлическую несущую трубу, так называемую обжимную оболочку, которая состоит, как правило, из свариваемого стального материала, и лежащую внутри изоляционную трубу, которая образуется, как правило, с помощью заполнения огнестойкой кладкой или огнестойким бетоном. В документе DE 1 667 324 B описана трехслойная труба, как это используется в промышленности. Самый внутренний слой может быть металлической внутренней трубой, как это предлагается в документе DE 1 542 530 B, уже для проходной области реакционной трубы в коллекторный трубопровод. Эта внутренняя труба служит для защиты бетонной изоляции от эрозии, вызываемой потоком технологического газа. Температура в коллекторном трубопроводе составляет приблизительно от 800°C до 950°C.

Толщина или изолирующее действие изоляционного слоя при этом должны выбираться так, чтобы, с одной стороны, он защищал стальной материал внешней или несущей трубы, в то время как температура во внешней и соответственно несущей трубе ограничивается примерно 200°C, и, с другой стороны, чтобы бетон не слишком охлаждался. При слишком сильном снижении температуры находящийся под повышенным давлением синтез-газ мог бы в этом изоляционном слое конденсироваться, вследствие чего могут возникать повреждения в бетоне и в обжимной оболочке.

При этом представляет собой проблему то, что коллекторные трубопроводы испытывают очень разную термическую нагрузку в направлении периметра. Это приписывается тепловому излучению горячего корпуса печи, основание которой, в зависимости от конкретной конструкции, находится на удалении только приблизительно один метр над верхней стороной коллекторного трубопровода. Дополнительно, на верхнюю сторону коллекторного трубопровода влияют также горячие реакционные трубы и соответственно патрубки и повышают тепловую нагрузку.

Далее, патрубки реакционных труб и вводы реакционных труб через изоляционный слой коллекторного трубопровода представляют собой ослабление, которое подвержено последующим механическим повреждениям. Например, в документе ЕР 0 799 639 A1 предложено использовать в области патрубков специфический изоляционный материал. Он содержит катализатор, который химически преобразовывает корродирующие составляющие и защищает, таким образом, металлическую внешнюю трубу. Далее, коллекторные трубопроводы с по-разному предпочтительными изоляционными материалами по радиусу известны из документа US 2004 037 760 A1.

Поэтому задачей настоящего изобретения является предотвращение этих повреждений в коллекторном трубопроводе и создание улучшенного коллекторного трубопровода. Данное изобретение решает эту задачу согласно главному пункту формулы изобретения, причем зависимые пункты представляют предпочтительные варианты выполнения изобретения.

Был найден коллекторный трубопровод для отвода горячих технологических газов в трубчатых печах риформинга, который содержит изнутри наружу, по меньшей мере, оба слоя:

- изоляционный слой из огнеупорного бетона или огнеупорной кладки,

- стенку металлической внешней трубы,

и предпочтительно содержит третий слой, а именно

- стенку металлической внутренней трубы,

и дополнительно содержит несколько патрубков, через которые реакционные трубы трубчатой печи риформинга могут соединяться с коллекторным трубопроводом. При этом коллекторный трубопровод в направлении периметра имеет разные термические сопротивления.

В общей форме термическое сопротивление R, измеряемое в [(м²·К)/Вт], определено как обратная величина коэффициента λ теплопередачи и является в том числе зависимым от толщины слоя и удельной теплопроводности λ_R материала.

При этом, идеальным образом, разные термические сопротивления в коллекторном трубопроводе получают за счет разных термических сопротивлений изоляционного слоя. Предпочтительная форма выполнения состоит в том, что металлическая внутренняя труба расположена эксцентрично во внешней трубе, вследствие чего изоляционный слой имеет разные толщины и вследствие этого изменяющиеся термические сопротивления в направлении периметра. При этом предпочтительным, но при эксцентрическом расположении внутренней трубы и связанной с этим изменяющейся толщиной стен изоляционного слоя, является то, что изоляционный слой в направлении периметра в области патрубков имеет свою максимальную толщину, так как это является также областью, обращенной к корпусу печи, которая подвержена наибольшему тепловому влиянию. Эксцентрическое расположение свободного проточного объема внутри коллекторного трубопровода может осуществляться при производстве также и без остающейся в коллекторном трубопроводе внутренней трубы.

Другое преимущество эксцентрического расположения внутренней трубы состоит в том, что изоляционный слой, который образуется, как правило, из огнеупорного бетона, имеет максимальную толщину в той области коллекторного трубопровода, в которой находятся вводы соединенных реакционных труб. Получающееся в результате вводов ослабление бетона, которое благоприятствует возникновению трещин, таким образом целиком или частично компенсируется.

Другой предпочтительный вариант выполнения состоит в том, чтобы изоляционный слой образовывался в направлении периметра из двух или нескольких сегментов с разными материалами, причем материалы отличаются, прежде всего, относительно их соответствующей удельной теплопроводности материала. Преимущественно нужно выбирать материалы группы огнеупорных сортов бетона или огнеупорного фасонного кирпича или камня. Этот вариант выполнения имеет то преимущество, что требования достаточной изоляции в области вводов и достаточно высокой температуры в изоляционном слое, которая должна существовать также на противолежащей корпусу печи стороне, могут реализовываться независимо друг от друга. Для этого материал, который имеет наибольшее термическое сопротивление R, располагается в направлении периметра в области патрубков.

Далее, изобретением охвачена трубчатая печь риформинга, у которой предусмотрены один или несколько коллекторных трубопроводов в одной из форм выполнения, описанных выше. В последующем предпочтительная конструктивная форма данного изобретения должна описываться более подробно при помощи чертежа, без того, чтобы быть ограниченной конкретной формой выполнения. Чертеж показывает участок соответствующего изобретению коллекторного трубопровода 1, причем патрубок 2 и нижняя половина коллекторного трубопровода 1 представлены в виде разреза.

Поверх коллекторного трубопровода 1 расположены патрубки 2, которые соединены с реакционными трубами 3. Над коллекторным трубопроводом 1 обозначено основание 4 печи в виде заполненной пунктиром площади. Коллекторный трубопровод 1 содержит 3 слоя: первый слой, который образуется металлической внутренней трубой 5, изоляционный слой 6 как второй слой, который состоит из огнеупорного бетона, и третий внешний слой, который образуется внешней или несущей трубой 7. Отмеченные штрихом реакционные трубы 3 наполнены в режиме эксплуатации насыпкой катализатора (не представлено), которая удерживается дырчатой тарелкой 8. К дырчатой тарелке 8 присоединяется коллекторный элемент 9 в форме конуса, который соединен с трубой 10 технологического газа, причем труба 10 технологического газа впадает в свободную проточную область 11 коллекторного трубопровода 1. В области ниже основания 4 печи и соответственно после коллекторного элемента 9 труба 10 технологического газа облицована огнеупорным фасонным кирпичом 12. Дальше труба 10 технологического газа в области патрубков 2 вставлена через направляющую трубу 13.

Внутренняя труба 5 расположена эксцентрично в коллекторном трубопроводе 1. Вследствие эксцентрической установки внутренней трубы 5, ось 14 несущей трубы 7 проходит поверх и параллельно оси 15 внутренней трубы 5.

При горизонтальном коллекторном трубопроводе 1 образуются, таким образом, в направлении периметра непрерывно возрастающие или соответственно спадающие толщины стен, согласно изменяющейся толщине стен изоляционного слоя 6. Максимальная толщина D1 стен изоляционного слоя 6 лежит в верхней плоскости разреза в области патрубков 2. В этой плоскости разреза лежат также оси труб 10 технологического газа и направляющих труб 13. Наименьшая толщина D2 стен изоляционного слоя 6 образуется в лежащей напротив нижней части плоскости разреза. В показанном на чертеже примере верхняя и нижняя плоскости разреза являются частью тех же плоскостей, в которых лежат также оси 14 и 15 и оси 16 труб 10 технологического газа, а также направляющих труб 13.

1. Коллекторный трубопровод для отвода горячих технологических газов в трубчатых печах риформинга, причем коллекторный трубопровод содержит изнутри наружу, по меньшей мере, оба слоя- изоляционный слой из огнеупорного бетона или огнеупорной кладки,- стенку металлической внешней трубы,и дополнительно содержит несколько патрубков, через которые реакционные трубы трубчатой печи риформинга имеют возможность соединения с коллекторным трубопроводом, отличающийся тем, что коллекторный трубопровод в направлении периметра имеет разные термические сопротивления.

2. Коллекторный трубопровод по п.1, отличающийся тем, что коллекторный трубопровод изнутри наружу содержит в качестве третьего слоя стенку металлической внутренней трубы.

3. Коллекторный трубопровод по п.1, отличающийся тем, что разные термические сопротивления в коллекторном трубопроводе получены за счет разных термических сопротивлений изоляционного слоя.

4. Коллекторный трубопровод по п.1, отличающийся тем, что проточная область расположена эксцентрично во внешней трубе, за счет чего изоляционный слой бетона имеет разные толщины и термические сопротивления в направлении периметра.

5. Коллекторный трубопровод по п.4, отличающийся тем, что величина и расположение эксцентрической проточной области образована за счет эксцентрично расположенной металлической внутренней трубы.

6. Коллекторный трубопровод по любому из пп.4 или 5, отличающийся тем, что изоляционный слой в направлении периметра имеет в области патрубков свою максимальную толщину.

7. Коллекторный трубопровод по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что изоляционный слой в направлении периметра образован из двух или нескольких сегментов с разными материалами, причем различие материалов состоит, по меньшей мере, в соответствующей удельной теплопроводности материала, и эти материалы выбраны преимущественно из группы огнеупорных сортов бетона или фасонного кирпича или камня.

8. Коллекторный трубопровод по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что материал, имеющий наибольшее термическое сопротивление, расположен в направлении периметра в области патрубков.

9. Трубчатая печь риформинга, отличающаяся тем, что она содержит один или несколько коллекторных трубопроводов согласно одному из вышеуказанных пунктов.