трубопровод для отвода содержащего водород и монооксид углерода горячего газа

Формула изобретения

Трубопровод для отвода содержащего водород и монооксид углерода горячего газа при температуре в диапазоне 600 - 1500^oС, включающий наружный кожух, внутреннюю, разделенную на участки с образованием стыковых зазоров защитную трубу, снабженную, по меньшей мере, одним компенсатором в виде сильфона, причем между защитной трубой и кожухом размещен защитный слой из теплоизолирующей защитной массы, отличающийся тем, что трубопровод горячего газа снабжен отрезком защитной трубы, выполненным в виде Т-образного участка, состоящего из двух участков трубы, при этом один из участков снабжен двумя компенсаторами и посредством металлических колец соединен на обоих его концах с кожухом трубопровода горячего газа с образованием газового заслона, а другой участок трубы Т-образного участка выполнен со свободным концом, размещенным с возможностью перемещения относительно стыкового зазора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопроводу для горячего газа с целью отвода содержащего водород и монооксид углерода производственного газа, который образуется в процессе превращения газообразных, жидких и твердых горючих и имеет температуру в пределах 600 - 1500^oC, причем трубопровод для горячего газа имеет наружный кожух, внутреннюю, разделенную на участки защитную трубу и между защитной трубой и кожухом содержит защитный слой из термоизолирующей защитной массы.

Производственные газы, которые идут через трубопроводы для горячего газа такого рода, представляют собой, например, сырые синтез-газы. Эти газы можно получать, например, путем крекинга природного газа, за счет газификации жидких углеводородов или путем газификации угля.

Пригодные способы и реакторы для этой цели описываются в Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5-е издание, т. А 12, с. 192-208. К реакторам, между прочим, относится также трубчатая печь, детали которой известны из патента ФРГ А-43 27 176.

Трубопровод для горячего газа, по которому идет содержащий H₂ и CO горячий производственный газ, имеет разделенную на участки защитную трубу, чтобы беспрепятственно могли происходить продольные изменения защитной трубы на основании изменений температуры и не приводили к искривлениям или к разрушению защитной трубы. Защитная труба поэтому может быть выполнена неполностью газонепроницаемой, напротив, она должна сохранять стыковой зазор между двумя участками трубы, чтобы участки трубы могли удлиняться при повышении температуры.

Оказалось, что за счет стыковых зазоров маленькие боковые потоки горячего газа могут проникать наружу через защитную массу постоянно вплоть до внутренней стороны кожуха, что при более продолжительной эксплуатации приводит к нежелательным нагретым местам (hot spots) кожуха. Далее, монооксид углерода вызывает коррозию обычно изготовляемого из стали кожуха и за счет образования карбида (превращение металла в пыль, metal dusting) приводит к ослаблению трубы и возможно к ее разрушению.

Поэтому в основу изобретения положена задача выполнить указанный вначале трубопровод для горячего газа таким образом, чтобы защитную трубу можно было по возможности выполнять газонепроницаемой, причем продольные изменения непроблематичны.

Согласно изобретению, этого удалось достичь благодаря тому, что по меньшей мере один участок защитной трубы содержит выполненный в виде сильфона компенсатор, который компенсирует продольное изменение участка защитной трубы.

Форма выполнения изобретения состоит в том, что снабженный компенсатором участок защитной трубы скреплен с кожухом по меньшей мере через одно кольцеобразное соединение, причем соединение действует как газовый заслон. Действующее в качестве газового заслона соединение между участком защитной трубы и кожухом выполняет функцию, заключающуюся в том, чтобы не могло возникать постоянное движение газа, даже небольшое, через область между кожухом и участком защитной трубы.

В общем, компенсатор располагают вблизи области защитной трубы, в которой происходят продольные изменения участка защитной трубы в различных направлениях. Такие продольные изменения в различных направлениях имеют место в области Т-участков и колен (изгибов). Без эластичного сильфона в этих критических областях нужно предусматривать относительно близко расположенные друг по отношению к другу два стыковых зазора, чтобы учитывать продольные изменения участков трубы в двух различных направлениях.

Опыт показывает, что в этом случае в известных трубопроводах для горячего газа в таких областях появляются преимущественно мешающие "места нагрева". Благодаря предлагаемому согласно изобретению оснащению участка защитной трубы в такой критической области по меньшей мере одним сильфоном-компенсатором уменьшается число стыковых зазоров и одновременно предотвращается газовый заслон, так что горячий газ постоянно может проходить вплоть до внутренней стороны кожуха.

Так как предлагаемая согласно изобретению форма выполнения защитной трубы эффективно защищает кожух, то кожух можно изготовлять недорогостояще из относительно простой стали, например из углеродистой стали. Отрезки защитной трубы и сильфоны предпочтительно изготовляют из легированной стали (например, Alloy 800).

В случае термоизолирующей защитной массы речь идет чаще всего об имеющихся в продаже утрамбованных массах с определенной пористостью.

На фиг. 1 схематически представлены два реактора с трубопроводами для горячего газа; на фиг. 2 в продольном разрезе представлен Т-участок трубопровода для горячего газа с измерительными штуцерами (патрубками).

На фиг. 1 представлен один из многочисленных вариантов применения трубопроводов для горячего газа. В трубчатой печи 1, которая содержит многочисленные, заполненные гранулированным катализатором (например никелевым катализатором) трубки 2, природный газ из трубопровода 3 вместе с водяным паром из трубопровода 4 при температурах в пределах 700-1000^oC превращается в сырой синтез-газ.

Трубки 2 находятся в топочном пространстве 5, через которое проходит горячий газ сгорания и которое содержит многочисленные горелки 6, из которых на фиг. 1 представлена только одна. В горелки 6 вводят не представленным здесь, само по себе известным образом горючее, например природный газ, и воздух.

В трубках 2 образуется горячий производственный газ, который обогащен водородом и монооксидом углерода. Этот производственный газ собирают и подают через первый трубопровод для горячего газа 8 вместе с дальнейшим природным газом из трубопровода 9 в автотермический реактор для крекинга (расщепления) 10. Превращение в реакторе 10 происходит при добавке кислорода по трубопроводу 11 и водяного пара по трубопроводу 12 в засыпку 13 гранулированного катализатора, в случае которого речь может также идти о никелевом катализаторе.

Горячий производственный газ, который имеет температуру в области 800-1300^oC, выводят по второму трубопроводу 14 для горячего газа. В случае этого производственного газа речь идет о сыром синтез-газе, который обычно по меньшей мере на 60 об.% состоит из H₂ + CO и перерабатывается далее, например, для применения в синтезе аммиака или метанола. Помимо указанного на фиг. 1, сырые синтез-газы можно получать путем газификации углеродсодержащих материалов известным образом, также без применения катализатора.

Детали трубопроводов для горячего газа 8 и 14 поясняются с помощью фиг. 2. На ней представлена особенно критическая область стыка двух трубопроводов (Т-участок). Основными частями трубопровода для горячего газа являются кожух 17, термоизолирующая защитная масса 18 и выполненная из нескольких отрезков 20 - 23 и защитная труба 24.

Отрезок защитной трубы 22 выполнен в типе Т-участка с горизонтальным участком трубы 22а и вертикальным участком трубы 22б. Между отрезками имеется промежуток в форме стыкового зазора 25. В области стыкового зазора 25, смотря по обстоятельствам, имеется участок трубы 26, перекрывающий концы участков трубы, и коническое металлическое кольцо 27. Это металлическое кольцо 27 соединено с отрезком трубы и также с кожухом 17, например за счет сварки, так что оно служит в качестве газового заслона для области между защитной трубой и кожухом.

В участке защитной трубы 21 предусмотрен измерительный штуцер (патрубок) 36, который с одной стороны связан с защитной трубой, а с другой стороны связан с кожухом 17. Участок этого измерительного штуцера выполнен в виде компенсатора 37, который компенсирует продольные изменения вследствие изменений температур. Без этого компенсатора 37 нужно было бы предусматривать открытый стыковой зазор, что позволило бы втекать горячему газу вплоть до внутренней стороны кожуха, чего, однако, теперь в этом месте избегают.

Участок защитной трубы 22, который выполнен в виде Т-участка, в горизонтальной части трубы 22а имеет два компенсатора 28, которые в каждом случае выполнены в виде кольцеобразного сильфона. Оба компенсатора 28 компенсируют вызываемое изменением температуры продольное изменение горизонтальной части 22а участка защитной трубы 22. Оба конца этой горизонтальной части трубы 22а за счет металлических колец 27 прочно соединены с кожухом 17. Вертикальная часть 22б участка трубы 22 при продольных изменениях своим свободным концом может вдвигаться внутрь расположенного там стыкового зазора 25.

Как следует из чертежа, идущий в направлении стрелок 30, 30а, 31, 31а, и 31б горячий газ в незначительном количестве проникает в стыковые зазоры 25 и при этом достигает примерно вплоть до внутренней стороны кожуха 17. Относящееся к отрезку защитной трубы коническое соединительное кольцо 27, однако, предотвращает то, что может постоянно попутно проходить горячий газ, так как это кольцо служит в качестве газового заслона.

Незначительное количество горячего газа в стыковом зазоре 25 отдает свою теплоту кожуху и таким образом наружу, так что образуется устойчивая охлажденная газовая подушка, которая далее препятствует притоку дальнейшего горячего газа в область стыкового зазора. Таким образом, действие этого газа на кожух мало, так что им можно пренебречь. Дополнительно в стыковые зазоры 25 можно вводить эластичный наполнитель, например из керамических волокон, что ради большей наглядности чертежа пропущено.

Для снижения потери давления проходящего газа компенсаторы 28 перекрывают плоскостной направляющей трубой 35, изогнутой край которой 35а сварен с участком защитной трубы 22а.