Crackofen zur Spaltung von schweren Kohlenwasserstoffen in leichtere Fraktionen sind seit vielen Jahren bekannt. Ein oder mehrere Rohrbündel, durch die das zu behandelnde Prozeßmedium strömt, sind dabei in einem als Strahlungskammer ausgebildeten Verbrennungsraum angeordnet, um durch indirekten Wärmetausch eine Aufheizung des Prozeßmediums zu bewirken. Die Strahiungskammer wird im Regelfall durch an den Wänden und ggf. auch am Boden oder an der Decke der Strahlungskammer angeordnete Brenner beheizt. Beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 90 03 576.3 ist ein Strahlungswandbrenner bekannt, der gasbeheizt ist. Diese Brenner sind zur Befestigung an den Ofenwänden geeignet und werden üblicherweise gleichmäßig über die Wandfläche der Verbrennungskammer des Ofens verteilt, um eine gleichmäßige Wärmeentwicklung in der Verbrennungskammer zu erzeugen. Hierzu werden die Brenner, die auf eine gleiche Wärmeleistung ausgelegt sind, jeweils mit der gleichen Menge an Brennstoff versorgt.

Ein besonderes Problem von Crackofen besteht darin, daß diese nach einer gewissen Betriebszeit zur Verkokung auf der vom Prozeßmedium, aiso dem Kohlenwasserstoffstrom durchströmten Seite des oder der Rohrbündel zunehmend verkoken. Dies erfordert daher in regelmäßigen Abständen eine Außerbetriebnahme des Ofens und eine aufwendige Reinigung. Außerdem besteht vielfach der Wunsch,

die Leistung eines Crackofens, d. h. den vom Ofen verkraftbaren Massendurchsatz möglichst noch zu steigern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art zum Betrieb eines Crackofens dahingehend zu verbessern, daß die Laufzeit zwischen zwei Reinigungszyklen verlängert und die Ofenleistung möglichst erhöht wird. Ferner soll ein Crackofen vorgeschlagen werden, der für die erfindungsgemäße Betriebsweise besonders geeignet ist.

Gelost wird diese Aufgabe erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmaien. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens finden sich in den abhängigen Unteransprüchen 2 bis 6. Ein erfindungsgemäßer Crackofen weist die Merkmale des Patentanspruchs 7 auf und wird durch die Merkmale der Unteransprüche 8 bis 13 in vorteilhafter Weise weiter ausgestaltet.

Während bei bekannten Crackofen die zu einzelnen Gruppen (Reihen) zusammengefaßten Brenner praktisch gleichmäßig über die Seitenwände und/oder den Boden und/oder die Decke der Verbrennungskammer verteilt sind und über die Fläche gesehen eine gleichmäßige Wärmeentwicklung erzeugen, liegt der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung gerade darin, daß über die Fläche gesehen eine ungleichmäßige Wärmeentwicklung erzeugt wird. Bezogen auf den Strom der durch das oder die Rohrbündel zu leitenden Kohlenwasserstoffe, die gecrackt werden sollen, wird am Anfang deutlich mehr Wärme zur Verfügung gestellt als am Ende bei Verlassen des Crackofens. Die Unterschiedlichkeit der Wärmeentwicklung ist dabei dem Bedarf des Prozeßmediums angepaßt. Der Betrieb des Crackofens erfolgt in erfindungsgemäßer Weise so, daß die einzelnen Brennergruppen mit unterschiedlicher Wärmeleistung betrieben werden, wobei die gesamte Wärmeleistung der bezüglich des Fließwegs der zu crackenden Kohlenwasserstoffe ersten Brennergruppe deutlich größer ist als die gesamte Wärmeleistung der letzten Brennergruppe und wobei die gesamte Wärmeleistung einer zwischen der ersten und der letzten Brennergruppe angeordneten Brennergruppe jeweils so eingestellt wird, daß die gesamte

Wärmeleistung einer stromabwärts gelegenen Brennergruppe jeweils kleiner oder höchsten genau so groß ist wie die gesamte Wärmeleistung der unmittelbar benachbarten stromaufwärts gelegenen Brennergruppe. Es besteht somit also ein 'Gefälle hinsichtlich der Wärmeerzeugung vom Anfang eines Crackofens hin zu dessen Ende.

In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß unter einer Brennergruppe im Sinne der Erfindung im Extremfall auch jeweils lediglich ein einzelner Brenner verstanden werden kann. In der Regel umfaßt eine Brennergruppe aber mehrere Brenner. Insbesondere bei einer Beheizung des Crackofens mit Bodenbrennern können aber Brennergruppen vorkommen, die lediglich jeweils einen einzigen Brenner umfassen.

Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, die gesamte Wärmeleistung der ersten Brennergruppe um 20 bis 100 %, vorzugsweise um 40 bis 60 % größer einzustellen als die gesamte Wärmeleistung der letzten Brennergruppe. Gute Ergebnisse ergeben sich in der Regel, wenn die gesamte Wärmeleistung einer stromabwärts gelegenen Brennergruppe jeweils etwa 5 bis 20 %, vorzugsweise 10 bis 15 % kleiner eingestellt wird als die gesamte Wärmeleistung der unmittelbar benachbarten stromaufwärts gelegenen Brennergruppe. Das bedeutet, daß jede Brennergruppe eine andere Wärmeleistung aufweist. Mit besonderem Vorteil werden innerhalb einer Brennergruppe der obere oder die oberen Brenner jeweils mit einer größeren Wärmeleistung betrieben als die unteren Brenner dieser Brennergruppe.

Um die Wärmeleistung in den der ersten Brennergruppe nachgeordneten Brennergruppen in erfindungsgemäßer Weise einzustellen, bietet es sich bei Cracköfen an, die jeweils Brenner mit gleicher Wärmeleistung aufweisen, die Brennstoffzufuhr zu den nachgeordneten Brennergruppen gezielt zu drosseln. Eine Reduktion der Wärmeleistung äßt sich aber auch durch einfaches Abschalten einzelner Brenner in den nachgeordneten Brennergruppen erzielen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit auch bei bereits vorhandenen Cracköfen ohne großen Umbauaufwand realisierbar.

Bei neukonzipierten Cracköfen bietet es sich selbstverständiich an, die Anordnung und Regelungsmöglichkeiten für die Brenner in den Brennergruppen so zu wählen, daß eine Wärmeerzeugung im Sinne der vorliegenden Erfindung von vornherein leicht möglich ist. Ein Crackofen mit mindestens einem Rohrbündel, durch das der Strom der zu crackenden Kohlenwasserstoffe durchleitbar ist, und mit gruppenweise an den Ofenwänden und/oder am Boden und/oder an der Decke des Crackofens angeordneten Brennern zum Erhitzen des Rohrbündels, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Wärmeleistung der bezüglich des Fließwegs der zu crackenden Kohlenwasserstoffe ersten Brennergruppe deutlich größer ist als die gesamte Wärmeleistung der letzten Brennergruppe und daß die gesamte Wärmeleistung einer stromabwärts gelegenen Brennergruppe jeweils kleiner oder höchstens genauso groß ist wie die gesamte Wärmeieistung der unmittelbar benachbarten stromaufwärts gelegenen Brennergruppe.

Vorteiihaft wird die gesamte Wärmeleistung der ersten Brennergruppe um 20 bis 100 %, vorzugsweise um 40 bis 60 %, größer gewähit als die gesamte Wärmeleistung der letzten Brennergruppe. Zweckmäßig ist es, die gesamte Wärmeleistung einer stromabwärts gelegenen Brennergruppe jeweils um etwa 5 bis 20 %, vorzugsweise 10 bis 15 % kleiner zu wählen als die gesamte Wärmeleistung der unmittelbar benachbarten stromaufwärts gelegenen Brennergruppe. Hierzu ist es zweckmäßig, die Brenner einer stromabwärts gelegenen Brennergruppe mit kleineren Öffnungen für den Austritt des eingesetzten Brennstoffs auszustatten als die Brenner einer stromaufwärts gelegenen Brennergruppe. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß jede stromabwärts gelegene Brennergruppe mit mindestens einem Mengenregelventil für die Brennstoffzufuhr ausgestattet ist, so daß eine einfache Drosselung der Brennstoffzufuhr je nach Bedarf erfolgen kann. Eine andere, aber im Hinblick auf eine exaktere Regelung weniger vorteilhafte Möglichkeit zur Reduktion der gesamten Brennerleistung einer Brennergruppe besteht darin, innerhalb der Brennergruppe jeweils mindestens einen, vorzugsweise mehrere Brenner separat abschaltbar zu gestalten. Es können auch von vornherein in den stromabwärts gelegenen Brennergruppen weniger Brenner vorgesehen sein oder Brenner mit Auslegung auf

entsprechend kleinere Wärmeleistung. Besonders vorteilhaft ist es, auch innerhalb einer Brennergruppe die Wärmeleistung noch zu differenzieren, indem der obere oder die oberen Brenner einer Brennergruppe jeweils auf eine höhere Wärmeleistung ausgelegt werden als die unteren.

Durch die vergleichsweise einfachen Maßnahmen der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden, daß der Massendurchsatz durch einen bestehenden Ofen gegenüber der üblichen gleichmäßigen Befeuerung durch die Brenner um etwa 5 bis 10 % erhöht wird. Besonderes wichtig ist es, daß die Betriebszeit zwischen zwei notwendigen Reinigungszyklen erheblich ausgeweitet werden kann. Dies ist die Folge davon, daß durch die gezielte Drosselung der Wärmeerzeugung im Verlauf vom Ofenanfang zum Ofenende hin eine deutlich geringere Verkokung in den Rohrbündeln stattfindet. Dies gilt besonders für das Ende des Crackofens, wo die Verkokungsgefahr am größten ist.

Anhand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.

Funktionsgleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen : Fig. 1 ein schematisches Schnittbild eines Crackofens, Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Oberflächentemperatur am Ausgang eines Crackofens bei unterschiedlichen Betriebsweisen, Fig. 3 eine Abwandlung des Crackofens von Fig. 1, Fig. 4 einen Crackofen mit unterschiedlich dimensionierten Ein-und Auslaßrohren und Fig. 5 eine Abwandlung des Crackofens von Fig. 4.

Das strichpunktiert gezeichnete Rechteck in Fig. 1 stellt die Strahlungsbrennkammer eines Crackofens 5 dar. In dem Crackofen 5 ist mindestens ein Rohrbündel 1

angeordnet, das mäanderförmig vom Ofeneintritt an der linken Seite zum Ofenaustritt an der rechten Seite des Rechtecks äuft. Die Seitenwände des Crackofens 5 sind mit vier Gruppen von reihenförmig im Abstand übereinander angeordneten Brennern 2 bestückt, die mit I bis IV bezeichnet sind. Die dargestellte Ofenwand ist auf diese Weise in der Fläche gteichmäßig mit Brennern 2 besetzt. Die Brennstoffversorgung der Brenner 2 wird über eine Brennstoffzuleitung 4 gewährleistet, von der jeweils Teilstränge zu den Brennergruppen I bis IV abzweigen. Die einzelnen Teilstränge sind jeweils mit einem Mengenregelventil 3 versehen, so daß die jeder Brennergruppe I bis IV zugeleitete Brennstoffmenge individuell einstellbar ist. Durch das Rohrbündel 1 wird ein Strom schwerer Kohlenwasserstoffe hindurchgeleitet, der im Crackofen 5 bis zu dessen Ausgang hin in ieichtere Kohlenwasserstoffe aufgespalten werden soll. Nach dem Stand der Technik würden sämtliche Brenner 2 und somit sämtliche Brennergruppen I bis IV mit der gleichen Wärmeleistung betrieben, indem die gleiche Menge an Brennstoff den einzelnen Brennern 2 zugeführt wird. tm vorliegenden Fall wird jedoch in erfindungsgemäßer Weise die Brennstoffzufuhr zu den Brennergruppen I bis IV variiert. Während die Brennstoffzufuhr nach dem Stand der Technik für alle Brennergruppen I bis IV bei 100 % lag, wird im vorliegenden Fall für die erste Brennergruppe I eine Brennstoffmenge von 120 %, fürdie Brennergruppe II von 110 %, für die Brennergruppe III von 100 % und für die Brennergruppe IV von 80 % eingestellt. Hierdurch ändert sich die Oberflächentemperatur der Rohrbündel.

Während nach der Betriebsweise gemäß dem Stand der Technik die maximale Oberflächentemperatur im Bereich der Brennergruppe I, also im Eingangsbereich, z. B.

940 °C und im Bereich der letzten Brennergruppe IV, also im Auslaßbereich, 1060 °C beträgt, stellt sich bei der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Betriebsweise im Bereich der Brennergruppe I eine maximale Oberflächentemperatur von etwa 950 °C und im Bereich der letzten Brennergruppe IV von etwa 1035 °C ein.

Aufgrund dieser Betriebsweise des Crackofens wird die Bildung von Verkokungen deutlich reduziert. Dies wird deutlich anhand der auf eine Ethylenerzeugung bezogenen Graphik in Fig. 2, die als durchgezogene Linie a den mit zunehmender Betriebszeit t des Crackofens ständig ansteigenden Verlauf der maximalen Oberflächentemperatur T im Auslaßbereich zeigt, die ein Spiegelbild für die

zunehmende Verkokung der Rohrbündel ist. Als gestrichelte Linie b ist der bei gleicher Ofenleistung (d. h. gleicher Durchsatz an Kohlenwasserstoffen und Dampf bei gleichem Propylen/Ethylen-Verhältnis) unter erfindungsgemäßer Betriebsweise sich einstellende Temperaturverlauf im Auslaßbereich dargestellt. Nach einer Betriebszeit von 4-5 Tagen sind jeweils die zuvor bereits genannten Temperaturwerte von 1060 °C bzw.

1035 °C erreicht. Während eine maximale Oberflächentemperatur von 1080 °C, bei der üblicherweise ein Reinigungszyklus erfolgt, bei herömmlicher Betriebsweise bereits nach etwa 15-16 Tagen Betriebszeit erreicht wird, tritt bei erfindungsgemäßem Betrieb diese kritische Grenze erst nach einer Betriebszeit von fast 40 Tagen ein.

In Fig. 2 ist als punktierte Linie c der Fall einer Betriebsweise dargestellt, bei der die Beheizung des Crackofens ebenfalls in erfindungsgemäßer Weise erfolgte, aber der Durchsatz an Kohlenwasserstoffen und Dampf gegenüber dem Fall a um etwa 10% erhöht wurde. Es zeigt sich, daß die für eine Reinigung der Rohrbündel kritische maximale Oberflachentemperatur von 1080°C am Of enauslaß erst nach etwa 25 Tagen erreicht wird. Somit konnte unter diesen Bedingungen nicht nur eine Leistungssteigerung um 10%, sondern darüber hinaus auch noch eine Verlängerung des Betriebsintervalls zwischen zwei aufeinander folgenden Reinigungszyklen um etwa 65% erreicht werden.

Die schematische Darstellung in Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Cackofens aus Fig. 1. Dieser Crackofen weist im Längsschnitt zwei Rohrbündel 1 auf, deren Einlaß an der linken bzw. rechten Seite und deren AuslaR jeweils in der Mitte angeordnet ist. Die einzelnen Brennergruppen I, II, III und IV weisen jeweils paarweise eine gemeinsame mit einem separaten Mengenregelventil 3 versehene Brennstoffzuleitung 4 auf. Die Funktion dieses Crackofens entspricht derjenigen des Crackofens von Fig. 1. Mit besonderem Vorteil werden jeweils die obersten Brenner 2 der Brennergruppen I-IV mit höherer Leistung betrieben als die unteren Brenner innerhalb der gleichen Brennergruppe I-IV.

In Fig. 4 ist der schematische Längsschnitt durch einen Crackofen 5 dargestellt, der ähnlich wie der Crackofen in Fig. 3 eine spiegelbildliche Anordnung der Rohrbündel 1

aufweist. Allerdings sind hierbei die Querschnittsabmessungen der Rohre am Einlaß für das Prozeßmedium wesentlich kleiner als an den Rohren am Auslaß, und es werden jeweils zwei parallele Einlaßrohre in ein gemeinsames Auslaßrohr überführt.

Außerdem unterscheidet sich die Brenneranordnung von der in Fig. 3. Die Brenner 2 sind jeweils versetzt zueinander angeordnet. Entsprechend der Anordnung der Rohrbündel 1 sind auch die Brenner 2 spiegelbildlich zueinander angeordnet. Jede der Brennergruppen la, Ib, Ic, Ila, llb, III wird jeweils aus drei übereinander angeordneten Wandbrennern B1 bzw. B2 bzw. B3 bzw. B4 bzw. B5 bzw. B6 gebildet. Die gesamte Wärmeleistung der Brennerguppen la-Ic ist erfindungsgemäß jeweils deutlich höher als die gesamte Wärmeleistung der letzten Brennergruppe III ; entsprechend ist auch die gesamte Wärmeleistung der Brennergruppen Ila, llb jeweils höher als diejenige der Brennergruppe Ill. Die Brennergruppen la-Ic können ebenso wie die Brennergruppen Ila und llb jeweils untereinander gleich große Wärmeleistungen aufweisen. Auf jeden Fall ist aber gewährleistet, daß vom Ofeneintritt bis zum Ofenaustritt im Sinne der Erfindung ein Gefälle der Wärmeleistung vorhanden ist, welches zumindest während der Betriebsphase nach einer Reinigung der Rohrbündel die maximale Oberflächentemperatur der Rohrbündel am Ofenauslaß unter die maximale Oberflächentemperatur am Ofeneinlaß absent. Innerhalb der Brennergruppen la-III kann bei Bedarf noch ein Gefälle in der Wärmeleistung der einzelnen Brenner 2 von oben nach unten vorgesehen werden. Dies kann über eine entsprechende Einstellung der Mengenregelventile 3 in den Brennstoffzuleitungen 4 erfolgen. Da die einzelnen Brennstoffzuleitungen 4 gleichzeitig jeweils Brenner 2 unterschiedlicher Brennergruppen la-III mit Brennstoff versorgen, sind die einzelnen Wandbrenner B1 bis B6 mit entsprechend unterschiedlichen Düsen ausgestattet, um die gewünschte unterschiedliche Wärmeleistung zu gewährleisten.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 5 zeigt eine gleichartige Anordnung der Rohrbündel 1 wie in Fig. 4, wobei zusätzlich zu dem schematischen (vertikalen) Längsschnitt des Crackofens 5 (Teilfigur A) auch ein schematischer horizontaler Schnitt (Teilfigur B) dargestellt ist. Hinsichtlich der Wandbrenner B1 bis B6 wird jede"Brennergruppe"la- III hierbei jeweils lediglich aus einem einzigen Brenner 2 gebildet. Ähnlich wie im Beispiel der Fig. 4 kann das erfindungsgemäße Gefälle in der Wärmeleistung so

gebildet sein, daß die Wandbrenner B1, B2, B3 jeweils eine untereinander gleich große Wärmeleitung aufweisen, die aber größer ist als die untereinander gleich große Wärmeieistung der Wandbrenner B4 bzw. B5, während die Wärmeleistung des Wandbrenners B6 kleiner ist als jeweils die Wärmeleistung des Wandbrenners B4 oder B5. Die Beheizung der Rohrbündel 1 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich auch durch Bodenbrenner B7 bis B10, die jeweils paarweise einander gegenüberliegend beiderseits des Verlaufs des Rohrbündels 1 angeordnet sind. Die Brennergruppen werden bei den Bodenbrennern B7 bis B10 also jeweils aus zwei Brennern 2 gebildet. Zur Gewährleistung des erfindungsgemäßen Wärmegefälles können beispielsweise die Bodenbrenner B7 und B8 jeweils mit einer (untereinander gleich großen, aber) größeren Wärmeleistung versehen werden als die Bodenbrenner B9, während die Wärmeleistung der Bodenbrenner B10 nochmals kleiner gewähft wird als die Wärmeleistung der Bodenbrenner B9.