Sammelleitung für Röhrenspaltöfen

[0001] Die Erfindung richtet sich auf eine Sammelleitung zur Ableitung von heißen Prozessgasen aus Röhrenspaltöfen, wie sie in Anlagen zur Reformierung von Erdgas zu Synthesegas vielfach Verwendung finden. Diese umfasst stets mehrere Stutzen, über welche die Prozessgasrohre des Röhrenspaltofens mit der Sammelleitung verbunden werden können. Im Bereich der Stutzen sind die Prozessgasrohre üblicherweise in Führungsrohren geführt. Gasauslässe der Führungsrohre oder Prozessgasrohre münden in die Sammelleitung und ragen in diese hinein. Im bestimmungsgemäßen Betrieb wird das Reaktionsgas über diese Gasauslässe in die Sammelleitung eingeleitet, wobei erfindungsgemäß mindestens ein Teil der Auslässe als Rohrkrümmer ausgebildet sind. Weiterhin umfasst die Erfindung die Verwendung solcher Sammelleitungen in einem Röhrenspaltöfen.

[0002] Es sind eine Vielzahl von Röhrenspaltöfen zur indirekten Erhitzung von spaltbaren Medien, insbesondere für die Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Gewinnung von Synthesegas und/oder Wasserstoff bekannt. In diesen Röhrenspaltöfen sind eine Vielzahl von Prozessgasrohren im Ofenraum als Register oder Bündel angeordnet, wobei diese Prozessgasrohre mit Sammelleitungen verbunden werden, welche unterhalb des Ofenbodens verlaufen. Die Patentschriften DE 1 542 530 B oder DE 10 2006 022898 zeigen derartige Röhrenspaltöfen.

[0003] Wie die DE 1 542 530 B oder DE 10 2006 022898 weiterhin zeigen, sind die Sammelleitungen selbst mehrschichtig aufgebaut und umfassen mindestens ein äußeres metallisches Tragrohr, den sogenannten Druckmantel, welches üblicherweise aus einem schweißbaren Stahlwerkstoff besteht, und ein innen liegendes Isolationsrohr, das in der Regel durch eine feuerfeste Ausmauerung oder einen feuerfesten Beton gebildet wird. In der DE 1 667 324 B ist ein dreifach geschichtetes Rohr gezeigt, wie es industriell verwendet wird. Die innerste Schicht kann ein metallisches Innenrohr sein, wie es in der DE 1 542 530 B bereits für den Durchtrittsbereich des Prozessgasrohres in die Sammelleitung vorgeschlagen wird. Dieses Innenrohr dient dem Schutz der Betonisolierung vor Erosion durch die Prozessgasströmung. Die Temperatur in der Sammelleitung beträgt cirka 800 ⁰ C bis 950 ⁰ C.

[0004] Die Dicke oder Isolationswirkung der Isolationsschicht muss dabei derart gewählt werden, dass sie einerseits den Stahlwerkstoff des Außen- oder Tragrohres schützt, indem die Temperatur im Außen- bzw. Tragrohr auf ca. 200°C begrenzt wird, und andererseits der Beton nicht zu kalt wird. Durch die Belastung im Beton, die durch thermische Ausdehnungsprozesse hervorgerufen wird, vergrößert sich üblicherweise die Porosität im Beton, wodurch Prozessgas vom metallischen Innenrohr, welches üblicherweise nicht gasdicht ausgeführt ist, strömt. Diese kleinen Gasströmungen werden auch als Kriechströmung bezeichnet, die

erhebliche Wärmemengen an das äußere Tragrohr heranführen können, wo sie zu lokalen überhitzungen führen.

[0005] Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Effekte in der Sammelleitung zu verhindern und eine verbesserte Sammelleitung zur Verfügung zu stellen. Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Sammelleitung zur Ableitung von heißen, in Prozessgasrohren geführten Prozessgasen aus Röhrenspaltöfen, wobei die Sammelleitung

• innen mindestens eine Isolationsschicht aus feuerfestem Beton oder aus feuerfester Mauerung aufweist,

• außen eine Wand eines metallischen Außenrohres aufweist,

• mehrere Stutzen umfasst, über welche die Prozessgasrohre des Röhrenofens mit der Sammelleitung verbunden werden können,

• wobei im Bereich der Stutzen die Prozessgasrohre zumindest teilweise in Führungsrohren geführt werden,

• und je ein mit dem jeweiligen Prozessgasrohr verbundener Gasauslass in die Sammelleitung hineinragt, mittels welchem das Prozessgas im bestimmungsgemäßen Betrieb in die Sammelleitung eingeleitet wird,

• und mindestens ein Gasauslass als Rohrkrümmer ausgebildet ist.

[0006] Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass mittels der gekrümmten Auslässe und der daraus resultierenden Strömungsbeschleunigung und- Vergleichmäßigung sowie der damit verbundenen Absenkung des Druckverlusts in der Sammelleitung die Kriechströme innerhalb der Isolationsschicht deutlich verringert werden konnten. Durch den sich einstellenden geringeren Druckverlust, der ansonsten für den Betrieb des Röhrenofens keinen Vorteil bringt, verringert sich nämlich die treibende Kraft für die Kriechströmungen angesichts der Porosität der Isolationsschicht und somit die zum Tragrohr transportierten Wärmemen-

$S$07] In Ausgestaltungen der Sammelleitung kann entweder vorgesehen werden, dass das Prozessgasrohr im Führungsrohr endet und der Gasauslass eine Verlängerung des Führungsrohres darstellt oder dass der Gasauslass eine Verlängerung des Prozessgasrohres darstellt, wobei das Führungsrohr eine im Wesentlichen zylindrische Form hat.

[0008] In weiteren Ausgestaltungen der Sammelleitung kann vorgesehen werden, dass

• sich der Querschnitt des Gasauslasses zum Ende hin verjüngt. Hierdurch werden am Gasauslass höhere Gasgeschwindigkeiten erreicht,

• die Krümmung des Gasauslasses zwischen 30° und 90° beträgt,

• der Gasauslass mit seinem äußersten Ende bis zu einer Tiefe von maximal 40 % des freien Durchmessers der Sammelleitung in diese hineinragt,

• innen in der Sammelleitung ein metallisches Innenrohr angebracht ist.

[0009] Die Sammelleitung findet Verwendung in einem Röhrenspaltofen. Hierbei kommen üblicherweise eine Vielzahl von Sammelleitungen zum Einsatz, die zusammen ein Sammelsystem bilden. Um den unterschiedlichen thermischen Einflüssen im Zentrumsbereich und an der Peripherie dieses Sammelsystems Rechnung zu tragen, können die jeweiligen Gasauslässe in den einzelnen Sammelleitungen auch unterschiedlich ausgeführt werden, also nicht sämtlich mit Rohrkrümmern ausgestattet sein oder auch unterschiedlich gestaltete Rohrkrümmer aufweisen.

[0010] In Fig. 1 ist eine vorteilhafte Aufführungsform der vorliegenden Erfindung näher beschrieben, ohne auf die konkrete Ausführungsform beschränkt zu sein. Die Fig. 1 zeigt einen Abschnitt der erfindungsgemäßen Sammelleitung 1 und einen Stutzen 2, welche als Schnitt dargestellt sind.

[0011] Der Stutzen 2 ist oberhalb der Sammelleitung 1 angeordnet. Die Sammelleitung 1 weist drei Schichten auf. Eine erste Schicht, die durch das metallische Innenrohr 3 gebildet wird, eine Isolationsschicht 4 als zweite Schicht, die aus einem feuerfesten Beton besteht, und eine dritte äußere Schicht, die durch das Außen- oder Tragrohr 5 gebildet wird. Oberhalb der Sammelleitung 1 sind Stutzen 2 angeordnet, wobei exemplarisch nur einer dargestellt ist. Im Bereich des Stutzens 2 ist das vom nicht gezeigten Ofenraum kommende Prozessgasrohr 6 in einem Führungsrohr 7 geführt. In dem gezeigten Beispiel endet das Prozessgasrohr 6 im Bereich der Isolationsschicht 4 in dem Führungsrohr 7. Das Führungsrohr 7 ist an seinem freien Ende als Krümmer 8 ausgebildet, der mit seiner Auslassöffnung in Richtung der Hauptströmungsrichtung der Sammelleitung 1 weist.

[0012] Bezugszeichenliste

1 Sammelleitung 5 Tragrohr

2 Stutzen 6 Prozessgasrohr

3 Innenrohr 7 Führungsrohr

4 Isolationsschicht 8 Krümmer