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EP4530330A1 - Quenching system and method for a quenching system for cooling cracked gas from a cracking gas furnace - Google Patents

Quenching system and method for a quenching system for cooling cracked gas from a cracking gas furnace Download PDF

Info

Publication number
EP4530330A1
EP4530330A1 EP24000120.6A EP24000120A EP4530330A1 EP 4530330 A1 EP4530330 A1 EP 4530330A1 EP 24000120 A EP24000120 A EP 24000120A EP 4530330 A1 EP4530330 A1 EP 4530330A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tlx
gas
cooling medium
quench
jacket
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24000120.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Carsten Birk
Sebastian Drus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Borsig GmbH
Original Assignee
Borsig GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Borsig GmbH filed Critical Borsig GmbH
Publication of EP4530330A1 publication Critical patent/EP4530330A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/002Cooling of cracked gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1607Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28GCLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G1/00Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances
    • F28G1/16Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances using jets of fluid for removing debris
    • F28G1/166Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances using jets of fluid for removing debris from external surfaces of heat exchange conduits
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/70Catalyst aspects
    • C10G2300/708Coking aspect, coke content and composition of deposits
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2400/00Products obtained by processes covered by groups C10G9/00 - C10G69/14
    • C10G2400/20C2-C4 olefins
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0075Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for syngas or cracked gas cooling systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • F28F2009/222Particular guide plates, baffles or deflectors, e.g. having particular orientation relative to an elongated casing or conduit
    • F28F2009/226Transversal partitions

Definitions

  • the invention relates to a quench system and a method for a quench system for cooling cracked gas from a cracked gas furnace.
  • ethylene furnace also known as a cracking furnace
  • feedstocks that are further processed in a cracking furnace.
  • These feedstocks are heated to high temperatures in a cracking furnace and then rapidly cooled using a quench system, also referred to as QS for short.
  • QS quench system
  • a specially designed quench system or QS is required because the physical properties of the feedstocks vary.
  • Gas as a feedstock can be cooled further, from approximately 900°C to 150°C, than a liquid feedstock, which is cooled from approximately 900°C to 350°C, because gas condensation only begins at significantly lower temperatures.
  • a quench system for liquid feed mode consists of a primary heat exchanger (PQE) and a secondary heat exchanger (SQE) connected in series.
  • the PQE and SQE are each configured and operated as a vaporizer and evaporator, respectively.
  • EP 3 032 209 B1 As a state of the art, EP 3 032 209 B1 to name. From EP 3 032 209 B1 A quench cooling system is known, consisting of a primary quench cooler as a double-tube heat exchanger and a secondary quench cooler as a shell-and-tube heat exchanger comprising at least one tube bundle.
  • the tube bundle is enclosed by a shell, forming a shell space formed between two spaced-apart tube sheets, between which bundle tubes of the tube bundle are held in the tube sheet on both sides.
  • a process and apparatus for steam cracking liquid hydrocarbon residues wherein a steam/liquid separator is used to treat heated steam/liquid mixture and provide a steam stream with reduced residue content.
  • the process comprises indirectly heat exchanging liquid distillate residues with feedwater or boiler feedwater to provide liquid distillate residues and preheated feedwater; discharging at least a portion of the preheated feedwater to a steam drum; and recovering steam having a steam pressure of at least about 4100 kPa from the steam drum.
  • the apparatus comprises, among other things, a liquid feed cracking furnace, a steam/liquid separator, and a primary heat exchanger and a secondary heat exchanger.
  • a heat exchanger for cooling cracked gas in an ethylene plant in which heat exchanger tubes through which the cracked gas flows are inserted at their respective ends into a tube plate and surrounded by a jacket, on each of whose two end faces there is an end chamber for the supply and discharge of cracked gas, partially delimited by one of the tube plates.
  • the interior of the heat exchanger enclosed by the jacket is of Water flows through as a cooling medium and is divided by a partition wall running perpendicular to the heat exchanger tubes and penetrated by the heat exchanger tubes into two sub-chambers located one behind the other in the flow direction of the cracked gas, each of which is provided with its own supply and discharge nozzles for the cooling medium.
  • a cracked gas leaves a cracked gas furnace at a temperature range of 800°C to 900°C at a pressure of 0.5 to 2 barg or 0.05 to 0.2 MPag.
  • a heat exchanger arranged directly downstream of the cracked gas furnace would have to be made of high-alloy steels if such a design were to be implemented. Such a design would be technically complex and economically very expensive compared to conventional technology. The costs are expected to be five to ten times higher. Therefore, it is quite practical to precool cracked gases from a cracked gas furnace in a conventional water/steam-cooled primary quench exchanger (PQE).
  • PQE water/steam-cooled primary quench exchanger
  • the object of the invention is to provide a quench system and a method for a quench system for cooling cracked gases from a cracked gas furnace with different starting materials, which improves the high requirements on technical and ecological arrangement and operation in terms of reliability and costs and ensures a simple possibility with regard to necessary repair and maintenance work.
  • a quench system according to claim 1 and a method according to claim 6, wherein a transfer line exchanger for a cooling medium consisting of a gas mixture + water vapor or, in short, a TLX-G/G is arranged and designed as a secondary quench exchanger, that the TLX-G/G is connected in series with a primary quench exchanger or PQE via a gas transfer line which is attached to the inlet end of a cracked gas into the TLX-G/G, and that the TLX-G/G is connected to the cracked gas furnace via a return line of preheated cooling medium.
  • a transfer line exchanger for a cooling medium consisting of a gas mixture + water vapor or, in short, a TLX-G/G is arranged and designed as a secondary quench exchanger, that the TLX-G/G is connected in series with a primary quench exchanger or PQE via a gas transfer line which is attached to the inlet end of a cracked gas into the TLX-
  • the TLX-G/G is equipped with a supply line for a cooling medium consisting of HC+steam.
  • a discharge line for cooled fission gas is located at the outlet end of the TLX-G/G.
  • the TLX-G/G is connected to the cracked gas furnace via a return line for preheated cooling medium. Furthermore, a supply line carrying the cooling medium consisting of a gas mixture and steam is located at the lower part of the TLX-G/G, upstream of the outlet head of the vertically aligned TLX-G/G.
  • the TLX-G/G is advantageously connected to the cracked gas furnace via a return line for returning the gas preheated in the TLX-G/G.
  • Cooling medium consisting of hydrocarbon gas+water vapor or hydrocarbon+steam or HC+water vapor for short.
  • the TLX-G/G is equipped with a pipeline for the transfer of fission gas cooled to temperatures of 450°C to 300°C for further processing.
  • a compensator is preferably provided behind the inlet head of the fission gas.
  • a gas inlet nozzle for the supply line of a cooling medium is advantageously arranged on the shell of the TLX-G/G.
  • a number of baffles are preferably mounted in the shell space of the TLX-G/G, the number of which is determined depending on the respective predetermined load case.
  • the cooling medium is guided around the baffles of the TLX-G/G in a countercurrent process, alternating by 180° around the outside of bundled tubes.
  • a gas outlet nozzle for the return line of the preheated cooling medium is preferably arranged on the shell of the TLX-G/G at the upper end in front of the inlet head of the vertically aligned TLX-G/G.
  • segments free of tube bundles are advantageously provided in the areas of the baffles.
  • the size of the free-flow segment is preferably between 10% and 20% of the cross-sectional area of the inner diameter of the TLX-G/G shell.
  • the bundled tubes of the TLX-G/G are advantageously arranged in a triangular division for the flow of a cooling medium, wherein the side length of the triangle is 1.2 times to 1.3 times the tube diameter of a bundled tube.
  • a compensator is advantageously installed around the shell of the TLX-G/G at the upper end behind the inlet head of the fission gas from the TLX-G/G to compensate for different thermal expansions between the bundle tube and the shell.
  • cleaning nozzles are preferably located close to the tubesheet of the fission gas outlet head of a vertically aligned TLX-G/G.
  • Two to four closable cleaning nozzles, each with a diameter of 200 mm to 500 mm, are preferably provided in the shell area of the TLX-G/G, with the cleaning nozzles being mounted at a distance of 100 mm to 200 mm from the lower tubesheet.
  • two to four cleaning nozzles are provided lengthwise in the lower area of the shell space, depending on the predetermined degree of contamination by coke deposits.
  • a transfer line exchanger for a cooling medium consisting of a gas mixture and steam, or a TLX-G/G is arranged and configured as a secondary quench exchanger.
  • the TLX-G/G is connected in series to the primary quench exchanger or PQE via a gas transfer line.
  • a supply line on the TLX-G/G which conducts the cooling medium to the gas mixture and water vapor, at the lower part in front of the inlet head of the vertically aligned TLX-G/G.
  • the TLX-G/G is connected to the A cracked gas furnace is preferably connected to the TLX-G/G for recycling the cooling medium preheated in the TLX-G/G.
  • the TLX-G/G is equipped with a pipeline for further processing of cracked gas cooled to temperatures of 450°C to 300°C.
  • a particular advantage is that a compensator is provided at the upper end behind the inlet head of the fission gas into the TLX-G/G.
  • a gas inlet nozzle for the supply line of a cooling medium is arranged on the jacket of the TLX-G/G at the lower part in front of the outlet head of a vertically aligned TLX-G/G.
  • baffles are installed in the shell of the TLX-G/G, the number of which depends on and is determined by the respective predetermined load case.
  • the cooling medium is advantageously guided around the baffles of the TLX-G/G in a countercurrent process, alternating by 180° around the outside of the bundled tubes.
  • a gas outlet nozzle for the return line of the preheated cooling medium is particularly advantageously arranged on the shell of the TLX-G/G at the upper end in front of the inlet head of a vertically aligned TLX-G/G.
  • segments free of tube bundles are advantageously provided in the areas of the baffles.
  • the size of the free-flow segment is preferably between 10% and 20% of the cross-sectional area of the inner diameter of the TLX-G/G shell.
  • the bundle tubes of the TLX-G/G are preferably arranged in a triangular arrangement for the flow of a cooling medium, with the side length of the triangle being 1.2 times up to 1.3 times the diameter of a bundled pipe.
  • a compensator is advantageously installed around the shell of the TLX-G/G at the upper end behind the inlet head of the fission gas from the TLX-G/G to compensate for different thermal stresses between the bundle tubes and the shell.
  • cleaning nozzles are preferably arranged close to the tube bottom of the fission gas outlet head of a vertically aligned TLX-G/G.
  • two to four closable cleaning nozzles are provided in the area of the shell space of the TLX-G/G, with the cleaning nozzles being mounted at a distance of 100 mm to 200 mm from the lower tube sheet of the outlet head of the TLX-G/G.
  • a further advantage of a horizontally aligned TLX-G/G is that, after a predetermined degree of contamination by coke deposits, two to four cleaning nozzles, each with a diameter of 200 mm to 500 mm, are provided lengthwise in the lower area of the shell space.
  • Fig. 1 A schematic arrangement of a quench system for operating a cracked gas furnace 10 for a gas-cooled quench cooler is shown.
  • the quench cooler is arranged and configured as a transfer line exchanger (TLX) for a cooling medium consisting of a gas mixture and steam, or in short, a TLX-G/G 14 as a secondary quench exchanger.
  • TLX transfer line exchanger
  • PQE 12 primary quench exchanger
  • Coils 11 are arranged in front of the cracked gas furnace 10, which lead to the indicated primary quench exchanger or PQE 12 as a precooler.
  • PQE 12 As a precooler, cracked gases are precooled to approximately 700°C to 550°C or lower.
  • the PQE 12 is equipped with an inlet nozzle 17 and an outlet nozzle 18. Cooling water is fed into the inlet nozzle 17, and the water/steam mixture produced during pre-cooling is passed on via the outlet nozzle 18.
  • the PQE 12 as a precooler, is intended solely to precool the high temperatures of the fission gases from 800°C to 900°C from the fission gas furnace 10 to a temperature of approximately 700°C to 550°C. This significantly simplifies and significantly reduces the material selection and associated costs for the TLX-G/G 14, which is connected in series with the PQE 12.
  • the TLX-G/G 14 is connected in series with the PQE 12 via a gas transfer line 13.
  • the pre-cooled fission gas from the PQE 12 is piped into the TLX-G/G 14 via the gas transfer line 13.
  • the fission gas is further cooled to temperatures of 450°C to 300°C.
  • a fission gas is discharged via a pipeline 19 for further processing.
  • a supply line 15 for the cooling medium consisting of a gas mixture and steam or hydrocarbon gas and steam or hydrocarbon and steam, or HC+steam for short, is arranged at the lower end upstream of the outlet head of the vertically aligned TLX-G/G 14.
  • a gas mixture of HC+steam at a temperature of 200°C to 290°C is supplied to the TLX-G/G 14 via the supply line 15 on the shell side and flows through the TLX-G/G in a countercurrent process.
  • a return line 16 is arranged at the upper end in front of the inlet head of the TLX-G/G 14 and leads to the cracked gas furnace 10.
  • the gas mixture of HC+steam which has been preheated to 400°C to 550°C in the TLX-G/G 14, is returned to the cracked gas furnace 10 via the return line 16.
  • the already preheated gas mixture of HC+steam is further heated to 800°C to 900°C, cracking the HC+steam gas mixture.
  • the cracked gas mixture is then fed back to the PQE 12 as a precooler. The process is repeated.
  • FIG. 2 A schematic arrangement in section with detail AA is shown for a quench cooler of a quench system cooled with shell-side gas flow using the countercurrent principle.
  • the indicated TLX-G/G 14 is shown with the gas transfer line 13 arranged at the gas inlet and the pipe 19 attached to the gas outlet.
  • the pre-cooled cracking gas or cracking effluent flows straight through the TLX-G/G 14 from the gas transfer line 13 at the gas inlet to the gas outlet of the pipe 19, where it is cooled in the process.
  • the gas mixture of HC+water vapor is introduced into a jacket space 30 of the TLX-G/G 14 via a gas inlet nozzle 31 located at the lower end in front of the outlet head of the vertically aligned TLX-G/G and is guided by baffles 33 arranged in the jacket space of the TLX-G/G, alternately turning 180° several times during the flow around the outside of the bundle tubes 36.
  • the HC+water vapor mixture leaves the TLX-G/G 14 via a gas outlet nozzle 32 located at the upper end in front of the inlet head of the vertically aligned TLX-G/G.
  • the number of baffles 33 depends on the respective predetermined load case and is determined accordingly.
  • the pressure loss in the shell space 30 is particularly high due to the repeated deflections of the HC+water vapor mixture and must be reduced to a minimum to maintain good quench system efficiency. Therefore, a tube bundle/tube array 37 should be designed particularly well so that no bundled tubes 36 are located in the area of a segment 34 through which the flow is directed.
  • the segments 34 remaining free of bundled tubes 36 contribute significantly to reducing the pressure loss and are essential for the process.
  • the size of the segment 34 through which the flow is directed is between 10% and 20% of the cross-sectional area of the shell's inner diameter and depends on the respective predetermined load case.
  • Fig. 3 is a schematic arrangement of the bundle tubes 36 of a tube bundle/tube array 37 according to Fig. 2 shown in detail at section AA.
  • the arrangement of the bundled tubes 36 must be particularly well designed if, when the HC+water vapor mixture flows through 41, only a low pressure loss is to occur, but high heat transfer and no stagnation is to occur, so that high cooling is achieved.
  • the tube arrangement should preferably be designed in a triangular configuration 42 to achieve high cooling, with the side length of the triangle being 1.2 to 1.3 times the outer tube diameter 43.
  • FIG. 4 A schematic arrangement of a compensator for a TLX-G/G quench cooler of a quench system according to the invention is shown. Due to the very low heat transfer values, the material temperatures in the TLX-G/G 14 are high, and the temperature difference between the bundled tubes 36 and the shell 38 is also very high. The mechanical stresses occurring between the bundled tubes 36 and the shell 38 due to the different thermal expansion must be compensated. Therefore, a compensator 39 is provided around the outer shell space 30 at the upper end behind the inlet head of a vertically aligned TLX-G/G 14.
  • Fig. 5 is a schematic arrangement according to Fig. 4 of cleaning nozzles on a TLX-G/G quench cooler of a quench system. Due to the cooling medium consisting of HC + water vapor conducted in the shell space 30, it cannot be ruled out that deposits will form in the TLX-G/G 14 during operation, which deposits must be removed.
  • closable cleaning nozzles 40 for removing deposits are provided in the lower area near the outlet head on the shell 38.
  • two to four cleaning nozzles 40 each measuring 200 mm to 500 mm, are to be provided.
  • the cleaning nozzles should preferably be arranged close to the lower tubesheet 44 of the TLX-G/G 14 with a spacing of approximately 100 mm to 200 mm.
  • FIG. 6 A schematic arrangement of cleaning nozzles on a TLX-G/G quench cooler of a quench system is shown.
  • closable cleaning nozzles 40 are provided on the shell 38 for removing deposits resulting from the cooling medium consisting of HC+steam conveyed in the shell space 30 in the lower region of the shell.
  • two to four cleaning nozzles 40 each with a diameter of 200 mm to 500 mm, are provided.
  • TLX-G/G quench cooler for a quench system are that cracked gases are heated and cracked in a cracked gas furnace, pre-cooled by a primary quench exchanger or PQE, and then passed through the TLX-G/G on the tube side and further cooled.
  • the TLX-G/G does not use a water/steam mixture as the cooling medium on the shell side, but rather a gas and steam mixture consisting of hydrocarbon gas and steam, or HC+steam for short.
  • This mixture of HC+steam is preheated in the TLX-G/G and simultaneously cools cracking gases or cracking effluent from a cracking gas furnace, which are used to produce ethylene and subsequently plastics.
  • the preheated mixture of HC+steam is returned to the cracking gas furnace for further heating, cracked in the cracking gas furnace, and then fed back into the TLX-G/G via the PQE.
  • the advantageous process or heat recovery reduces the energy required to heat a cracked gas furnace, which has a very positive economic and ecological impact on the overall process in terms of costs and consumption.
  • a conventional PQE should be used as a pre-cooler upstream of the TLX-G/G in order to operate the cracked gas furnace economically not only during initial operation, but also generally during planning, implementation and subsequent repairs or maintenance work.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Quenchsystem und ein Verfahren für ein Quenchsystem zum Kühlen von Spaltgas aus einem Spaltgasofen mit unterschiedlichen Ausgangsstoffen, welches einen Spaltgasofen (10), einen Primary-Quench-Exchanger oder PQE (12) und einen Secondary-Quench-Exchanger umfasst, die in Reihe verbunden sind. Ein Transfer-Line-Exchanger oder TLX für ein Kühlmedium aus einem Gasgemisch und Wasserdampf oder ein TLX-G/G (14) ist als ein Secondary-Quench-Exchanger angeordnet und ausgebildet. Der TLX-G/G (14) ist mit dem Primary-Quench-Exchanger oder PQE (12) über eine Gas-Transfer-Line (13) in Reihe verbunden. Am TLX-G/G (14) ist eine das Kühlmedium aus Gasgemisch und Wasserdampf leitende Zuführungsleitung (15) am unteren Teil vor Austrittskopf des vertikal ausgerichteten TLX-G/G angeordnet. Der TLX-G/G (14) ist über eine Rückführungsleitung (16) mit dem Spaltgasofen (10) zum Zurückführen von im TLX-G/G vorgewärmtem Kühlmedium verbunden. Der TLX-G/G (14) ist über eine Rohrleitung (19) von auf Temperaturen von 450°C bis 300°C abgekühltes Spaltgas zur weiteren Verarbeitung ausgerüstet. Am oberen Ende hinter Eintrittskopf des Spaltgases in den TLX-G/G (14) ist ein Kompensator (39) vorgesehen.

Figure imgaf001
The invention relates to a quench system and a method for a quench system for cooling cracked gas from a cracked gas furnace with different starting materials, which comprises a cracked gas furnace (10), a primary quench exchanger or PQE (12), and a secondary quench exchanger connected in series. A transfer line exchanger or TLX for a cooling medium consisting of a gas mixture and water vapor, or a TLX-G/G (14), is arranged and designed as a secondary quench exchanger. The TLX-G/G (14) is connected in series to the primary quench exchanger or PQE (12) via a gas transfer line (13). A supply line (15) conducting the cooling medium consisting of a gas mixture and water vapor is arranged on the TLX-G/G (14) at the lower part upstream of the outlet head of the vertically aligned TLX-G/G. The TLX-G/G (14) is connected to the cracked gas furnace (10) via a return line (16) for returning the cooling medium preheated in the TLX-G/G. The TLX-G/G (14) is equipped with a pipeline (19) for further processing of cracked gas cooled to temperatures of 450°C to 300°C. A compensator (39) is provided at the upper end behind the inlet head of the cracked gas into the TLX-G/G (14).
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Quenchsystem und ein Verfahren für ein Quenchsystem zum Kühlen von Spaltgas aus einem Spaltgasofen.The invention relates to a quench system and a method for a quench system for cooling cracked gas from a cracked gas furnace.

Für das Betreiben eines Ethylen-Ofens, der auch Spaltgasofen oder Cracking-Furnace genannt wird, gibt es unterschiedliche Ausgangsstoffe, die in einem Cracking-Furnace weiterverarbeitet werden. Solche Ausgangsstoffe werden in einem Cracking-Furnace hoch erwärmt und anschließend mit einem Quenchsystem, das auch kurz mit QS bezeichnet wird, schlagartig abgekühlt.To operate an ethylene furnace, also known as a cracking furnace, there are various feedstocks that are further processed in a cracking furnace. These feedstocks are heated to high temperatures in a cracking furnace and then rapidly cooled using a quench system, also referred to as QS for short.

Je nach Ausgangsstoff wird ein speziell ausgelegtes Quenchsystem oder QS benötigt, weil die physikalischen Eigenschaften der Ausgangsstoffe unterschiedlich sind. Gas als Ausgangsstoff kann weiter herunter gekühlt werden, etwa von 900°C auf 150°C, als ein flüssiger Ausgangsstoff, der von etwa 900°C auf 350°C herunter gekühlt wird, weil die Kondensation von Gas erst bei deutlich geringeren Temperaturen einsetzt.Depending on the feedstock, a specially designed quench system or QS is required because the physical properties of the feedstocks vary. Gas as a feedstock can be cooled further, from approximately 900°C to 150°C, than a liquid feedstock, which is cooled from approximately 900°C to 350°C, because gas condensation only begins at significantly lower temperatures.

Ein Quenchsystem für Liquid-Feed-Modus besteht aus einem Primary-Heat-Exchanger oder kurz PQE und einem Secondary-Heat-Exchanger oder kurz SQE, die in Reihe verbunden sind. Dabei werden PQE und SQE jeweils als Verdampfer und Evaporator geschaltet und als solche auch betrieben.A quench system for liquid feed mode consists of a primary heat exchanger (PQE) and a secondary heat exchanger (SQE) connected in series. The PQE and SQE are each configured and operated as a vaporizer and evaporator, respectively.

Als ein Stand der Technik ist EP 3 032 209 B1 zu nennen. Aus EP 3 032 209 B1 ist ein Quenchkühlsystem bestehend aus einem Primär-Quenchkühler als Doppelrohrwärmetauscher und einem Sekundär-Quenchkühler als Rohrbündel-Wärmetauscher umfassend mindestens ein Rohrbündel bekannt. Das Rohrbündel ist von einem Mantel unter Bildung eines Mantelraumes umschlossen, der zwischen zwei mit Abstand voneinander angeordneten Rohrböden ausgebildet ist, zwischen denen jeweils Bündelrohre des Rohrbündels beidseitig in den Rohrboden gehalten sind.As a state of the art, EP 3 032 209 B1 to name. From EP 3 032 209 B1 A quench cooling system is known, consisting of a primary quench cooler as a double-tube heat exchanger and a secondary quench cooler as a shell-and-tube heat exchanger comprising at least one tube bundle. The tube bundle is enclosed by a shell, forming a shell space formed between two spaced-apart tube sheets, between which bundle tubes of the tube bundle are held in the tube sheet on both sides.

Aus US 8,158,840 B2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Cracken von flüssigen Kohlenwasserstoffrückständen mit Dampf bekannt, wobei eine Trennvorrichtung für Dampf/Flüssigkeit verwendet wird, um aufgeheiztes Dampf-/Flüssigkeitsgemisch zu behandeln und für einen Dampfstrom mit reduziertem Rückstandsinhalt zu sorgen. Das Verfahren umfasst ein indirektes Wärmetauschen von flüssigen Destillationsrückständen mit Speisewasser oder Boiler-Feed-Water, um flüssige Destillationsrückstände und vorgewärmtes Speisewasser zu liefern; ein Ableiten zumindest eines Teils des vorgewärmten Speisewassers an eine Dampftrommel und ein Rückgewinnen von Dampf mit einem Dampfdruck von mindestens etwa 4100 kPa aus der Dampftrommel. Die Vorrichtung umfasst unter anderem einen Liquid-Feed-Cracking-Furnace, eine Trennvorrichtung für Dampf/Flüssigkeit sowie einen Primär-Wärmetauscher und einen Sekundär-Wärmetauscher.Out of US 8,158,840 B2 A process and apparatus for steam cracking liquid hydrocarbon residues is known, wherein a steam/liquid separator is used to treat heated steam/liquid mixture and provide a steam stream with reduced residue content. The process comprises indirectly heat exchanging liquid distillate residues with feedwater or boiler feedwater to provide liquid distillate residues and preheated feedwater; discharging at least a portion of the preheated feedwater to a steam drum; and recovering steam having a steam pressure of at least about 4100 kPa from the steam drum. The apparatus comprises, among other things, a liquid feed cracking furnace, a steam/liquid separator, and a primary heat exchanger and a secondary heat exchanger.

Aus EP 1 939 412 B1 ist ein Wärmetauscher zur Kühlung von Spaltgas in einer Ethylenanlage bekannt, bei dem vom Spaltgas durchströmte Wärmetauscherrohre an ihren jeweiligen Enden in jeweils eine Rohrplatte eingesetzt und von einem Mantel umgeben sind, an dessen beiden Stirnseiten je eine teilweise durch eine der Rohrplatten begrenzte Endkammer für die Zuführung und Abführung von Spaltgas vorgesehen ist. Der von dem Mantel umschlossene Innenraum des Wärmetauschers ist von Wasser als Kühlmedium durchströmt und durch eine senkrecht zu den Wärmetauscherrohren verlaufende und von den Wärmetauscherrohren durchdrungene Trennwand in zwei in Strömungsrichtung des Spaltgases hintereinander liegende Teilräume aufgeteilt, die mit jeweils eigenen Zuführungsstutzen und Abführungsstutzen für das Kühlmedium versehen sind.Out of EP 1 939 412 B1 A heat exchanger for cooling cracked gas in an ethylene plant is known, in which heat exchanger tubes through which the cracked gas flows are inserted at their respective ends into a tube plate and surrounded by a jacket, on each of whose two end faces there is an end chamber for the supply and discharge of cracked gas, partially delimited by one of the tube plates. The interior of the heat exchanger enclosed by the jacket is of Water flows through as a cooling medium and is divided by a partition wall running perpendicular to the heat exchanger tubes and penetrated by the heat exchanger tubes into two sub-chambers located one behind the other in the flow direction of the cracked gas, each of which is provided with its own supply and discharge nozzles for the cooling medium.

Nachteile der angewendeten Anordnung eines Quenchsystems zum Kühlen von Spaltgasen aus einem Spaltgasofen sind darin zu sehen, dass der Wärmehaushalt beim Abkühlen von Spaltgasen bisher unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten noch nicht befriedigend gelöst worden ist.Disadvantages of the applied arrangement of a quench system for cooling fission gases from a fission gas furnace are that the heat balance during cooling of fission gases has not yet been satisfactorily solved from an economic and ecological point of view.

Ein Spaltgas verlässt einen Spaltgasofen in einem Temperaturbereich von 800°C bis 900°C bei einem Druck von 0,5 bis 2 barg oder 0,05 bis 0,2 MPag. Ein direkt hinter dem Spaltgasofen angeordneter Wärmetauscher müsste aus hoch legierten Stählen gefertigt werden, wenn eine solche Bauweise realisiert werden sollte. Eine solche Bauart würde technisch zu einem hohen Aufwand führen und ökonomisch im Vergleich zur konventionellen Technologie sehr teuer werden. Es ist von 5fach bis 10fach höheren Kosten auszugehen. Daher ist es durchaus zweckmäßig, Spaltgase aus einem Spaltgasofen in einem herkömmlichen mit Wasser/Dampf gekühlten Primary-Quench-Exchanger oder PQE vorzukühlen.A cracked gas leaves a cracked gas furnace at a temperature range of 800°C to 900°C at a pressure of 0.5 to 2 barg or 0.05 to 0.2 MPag. A heat exchanger arranged directly downstream of the cracked gas furnace would have to be made of high-alloy steels if such a design were to be implemented. Such a design would be technically complex and economically very expensive compared to conventional technology. The costs are expected to be five to ten times higher. Therefore, it is quite practical to precool cracked gases from a cracked gas furnace in a conventional water/steam-cooled primary quench exchanger (PQE).

Bei einem mit Wasser/Dampf gekühlten Quenchkühler sind die Materialtemperaturen auf Grund des unter anderem höheren Wärmeüberganges deutlich niedriger als bei einem mit Gas gekühlten Quenchkühler. Die Vorkühlung von Spaltgasen sollte einen Temperaturwert von 700°C bis 550°C aufweisen, so dass niedrig bis mittel legierte Stähle bei einem Quenchkühler für die weitere Abkühlung von Spaltgasen eingesetzt werden können, um Kosten signifikant zu senken und die Ökologie zu schonen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Quenchsystem und ein Verfahren für ein Quenchsystem zum Kühlen von Spaltgasen aus einem Spaltgasofen mit unterschiedlichen Ausgangsstoffen zu schaffen, welches die hohen Anforderungen an technische und ökologische Anordnung und Betriebsweise hinsichtlich Zuverlässigkeit und Kosten verbessert und eine einfache Möglichkeit hinsichtlich erforderlicher Reparatur- und Wartungsarbeiten gewährleistet.In a water/steam-cooled quench cooler, the material temperatures are significantly lower than in a gas-cooled quench cooler due to, among other things, the higher heat transfer. The pre-cooling of fission gases should have a temperature value of 700°C to 550°C, so that low- to medium-alloy steels can be used in a quench cooler for the further cooling of fission gases, significantly reducing costs and protecting the environment. The object of the invention is to provide a quench system and a method for a quench system for cooling cracked gases from a cracked gas furnace with different starting materials, which improves the high requirements on technical and ecological arrangement and operation in terms of reliability and costs and ensures a simple possibility with regard to necessary repair and maintenance work.

Die vorliegende Aufgabe der Erfindung wird gattungsgemäß durch ein Quenchsystem gemäß Anaspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 6 gelöst, wobei ein Transfer-Line-Exchanger für ein Kühlmedium aus Gasgemisch+Wasserdampf oder kurz ein TLX-G/G als Secondary-Quench-Exchanger angeordnet und ausgebildet ist, dass der TLX-G/G mit einem Primary-Quench-Exchanger oder PQE über eine Gas-Transfer-Line in Reihe geschaltet ist, die am Eintrittsende eines Spaltgases in den TLX-G/G angebracht ist, und dass der TLX-G/G über eine Rückführleitung von vorgewärmtem Kühlmedium mit dem Spaltgasofen verbunden ist.The present object of the invention is achieved generically by a quench system according to claim 1 and a method according to claim 6, wherein a transfer line exchanger for a cooling medium consisting of a gas mixture + water vapor or, in short, a TLX-G/G is arranged and designed as a secondary quench exchanger, that the TLX-G/G is connected in series with a primary quench exchanger or PQE via a gas transfer line which is attached to the inlet end of a cracked gas into the TLX-G/G, and that the TLX-G/G is connected to the cracked gas furnace via a return line of preheated cooling medium.

Weiterhin ist der TLX-G/G mit einer Zuführungsleitung für ein Kühlmedium aus HC+Wasserdampf ausgerüstet. Eine Abführungsleitung für abgekühltes Spaltgas ist am Austrittsende des TLX-G/G angeordnet.Furthermore, the TLX-G/G is equipped with a supply line for a cooling medium consisting of HC+steam. A discharge line for cooled fission gas is located at the outlet end of the TLX-G/G.

Weiterhin ist der TLX-G/G über eine Rückführleitung von vorgewärmtem Kühlmedium mit dem Spaltgasofen verbunden. Weiter ist am TLX-G/G eine das Kühlmedium aus Gasgemisch und Wasserdampf leitende Zuführungsleitung am unteren Teil vor Austrittskopf des vertikal ausgerichteten TLX-G/G angeordnet.Furthermore, the TLX-G/G is connected to the cracked gas furnace via a return line for preheated cooling medium. Furthermore, a supply line carrying the cooling medium consisting of a gas mixture and steam is located at the lower part of the TLX-G/G, upstream of the outlet head of the vertically aligned TLX-G/G.

Der TLX-G/G ist vorteilhaft über eine Rückführungsleitung mit dem Spaltgasofen zum Zurückführen von im TLX-G/G vorgewärmtem Kühlmedium bestehend aus Kohlenwasserstoffgas+Wasserdampf oder Hydrocarbon+Steam oder kurz HC+Wasserdampf verbunden.The TLX-G/G is advantageously connected to the cracked gas furnace via a return line for returning the gas preheated in the TLX-G/G. Cooling medium consisting of hydrocarbon gas+water vapor or hydrocarbon+steam or HC+water vapor for short.

Außerdem ist der TLX-G/G mit einer Rohrleitung für Weiterleitung von auf Temperaturen von 450°C bis 300°C abgekühltem Spaltgas zur weiteren Verarbeitung ausgerüstet.In addition, the TLX-G/G is equipped with a pipeline for the transfer of fission gas cooled to temperatures of 450°C to 300°C for further processing.

Am oberen Ende des TLX-G/G ist hinter Eintrittskopf des Spaltgases bevorzugt ein Kompensator vorgesehen.At the upper end of the TLX-G/G, a compensator is preferably provided behind the inlet head of the fission gas.

Am Mantel des TLX-G/G ist ein Gaseintrittsstutzen für die Zuführungsleitung eines Kühlmediums vorteilhaft angeordnet. Im Mantelraum des TLX-G/G ist bevorzugt eine Anzahl von Umlenkblechen angebracht, deren Anzahl abhängig vom jeweiligen vorbestimmten Lastfall und demgemäß bestimmt ist. Das Kühlmedium ist um die Umlenkbleche des TLX-G/G im Gegenstromverfahren abwechselnd um 180° um die Außenseite von Bündelrohren geführt.A gas inlet nozzle for the supply line of a cooling medium is advantageously arranged on the shell of the TLX-G/G. A number of baffles are preferably mounted in the shell space of the TLX-G/G, the number of which is determined depending on the respective predetermined load case. The cooling medium is guided around the baffles of the TLX-G/G in a countercurrent process, alternating by 180° around the outside of bundled tubes.

Weiterhin ist am Mantel des TLX-G/G am oberen Ende vor dem Eintrittskopf des vertikal ausgerichteten TLX-G/G ein Gasaustrittsstutzen für die Rückführungsleitung des vorgewärmten Kühlmediums bevorzugt angeordnet. Im Mantelraum des TLX-G/G sind in Bereichen der Umlenkbleche vorteilhaft Segmente frei von Rohrbündeln vorgesehen.Furthermore, a gas outlet nozzle for the return line of the preheated cooling medium is preferably arranged on the shell of the TLX-G/G at the upper end in front of the inlet head of the vertically aligned TLX-G/G. In the shell space of the TLX-G/G, segments free of tube bundles are advantageously provided in the areas of the baffles.

Die Größe des frei zu durchströmenden Segmentes ist bevorzugt zwischen 10% bis 20% der Querschnittsfläche des Innendurchmessers des Mantels des TLX-G/G bemessen.The size of the free-flow segment is preferably between 10% and 20% of the cross-sectional area of the inner diameter of the TLX-G/G shell.

Die Bündelrohre des TLX-G/G sind vorteilhaft in einer Dreiecksteilung für eine Durchströmung eines Kühlmediums angeordnet, wobei die Seitenlänge des Dreiecks das 1,2-fache bis 1,3-fache eines Rohrdurchmessers eines Bündelrohres aufweist.The bundled tubes of the TLX-G/G are advantageously arranged in a triangular division for the flow of a cooling medium, wherein the side length of the triangle is 1.2 times to 1.3 times the tube diameter of a bundled tube.

Um den Mantel des TLX-G/G ist am oberen Ende hinter dem Eintrittskopf des Spaltgases vom TLX-G/G ein unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen Bündelrohr und Mantel ausgleichender Kompensator vorteilhaft verbaut.A compensator is advantageously installed around the shell of the TLX-G/G at the upper end behind the inlet head of the fission gas from the TLX-G/G to compensate for different thermal expansions between the bundle tube and the shell.

Im Bereich des Mantelraumes des TLX-G/G sind Reinigungsstutzen nahe am Rohrboden des Austrittskopfes des Spaltgases eines vertikal ausgerichteten TLX-G/G bevorzugt angeordnet. Dabei sind im Bereich des Mantelraumes des TLX-G/G zwei bis vier verschließbare Reinigungsstutzen mit jeweils 200mm bis 500mm Durchmesser bevorzugt vorgesehen, wobei die Reinigungsstutzen mit einem Abstand von 100mm bis 200mm vom unteren Rohrboden angebracht sind.In the shell area of the TLX-G/G, cleaning nozzles are preferably located close to the tubesheet of the fission gas outlet head of a vertically aligned TLX-G/G. Two to four closable cleaning nozzles, each with a diameter of 200 mm to 500 mm, are preferably provided in the shell area of the TLX-G/G, with the cleaning nozzles being mounted at a distance of 100 mm to 200 mm from the lower tubesheet.

Bei einem horizontal ausgerichteten TLX-G/G sind nach vorbestimmtem Verunreinigungsgrad durch Koksablagerungen zwei bis vier Reinigungsstutzen mit jeweils 200mm bis 500mm Durchmesser im unteren Bereich des Mantelraumes der Länge nach vorgesehen.In a horizontally aligned TLX-G/G, two to four cleaning nozzles, each with a diameter of 200 mm to 500 mm, are provided lengthwise in the lower area of the shell space, depending on the predetermined degree of contamination by coke deposits.

Bei einem Verfahren für ein Quenchsystem zum Kühlen von Spaltgas aus einem Spaltgasofen mit unterschiedlichen Ausgangsstoffen, welches einen Spaltgasofen, einen Primary-Quench-Exchanger und eine Secondary-Quench-Exchanger umfasst, die in Reihe verbunden sind, ist als besonders vorteilhaft anzusehen, wenn ein Transfer-Line-Exchanger für ein Kühlmedium aus einem Gasgemisch und Wasserdampf oder ein TLX-G/G als ein Secondary-Quench-Exchanger angeordnet und ausgebildet wird. Dabei wird der TLX-G/G mit dem Primary-Quench-Exchanger oder PQE über eine Gas-Transfer-Line in Reihe verbunden.In a method for a quench system for cooling cracked gas from a cracked gas furnace with different feedstocks, which comprises a cracked gas furnace, a primary quench exchanger, and a secondary quench exchanger connected in series, it is considered particularly advantageous if a transfer line exchanger for a cooling medium consisting of a gas mixture and steam, or a TLX-G/G, is arranged and configured as a secondary quench exchanger. The TLX-G/G is connected in series to the primary quench exchanger or PQE via a gas transfer line.

Vorteilhaft wird am TLX-G/G eine das Kühlmedium auf Gasgemisch und Wasserdampf leitende Zuführungsleitung am unteren Teil vor Eintrittskopf des vertikal ausgerichteten TLX-G/G angeordnet. Über eine Rückführungsleitung wird der TLX-G/G mit dem Spaltgasofen zum Zurückführen von im TLX-G/G vorgewärmtem Kühlmedium bevorzugt verbunden. Weiterhin wird der TLX-G/G über eine Rohrleitung von auf Temperaturen von 450°C bis 300°C abgekühltes Spaltgas zur weiteren Verarbeitung ausgerüstet.It is advantageous to arrange a supply line on the TLX-G/G, which conducts the cooling medium to the gas mixture and water vapor, at the lower part in front of the inlet head of the vertically aligned TLX-G/G. The TLX-G/G is connected to the A cracked gas furnace is preferably connected to the TLX-G/G for recycling the cooling medium preheated in the TLX-G/G. Furthermore, the TLX-G/G is equipped with a pipeline for further processing of cracked gas cooled to temperatures of 450°C to 300°C.

Von Vorteil besteht insbesondere darin, dass am oberen Ende hinter Eintrittskopf des Spaltgases in den TLX-G/G ein Kompensator vorgesehen wird.A particular advantage is that a compensator is provided at the upper end behind the inlet head of the fission gas into the TLX-G/G.

Weiterhin besteht ein Vorteil darin, dass am Mantel des TLX-G/G am unteren Teil vor Austrittskopf eines vertikal ausgerichteten TLX-G/G ein Gaseintrittsstutzen für die Zuführungsleitung eines Kühlmediums angeordnet wird.Another advantage is that a gas inlet nozzle for the supply line of a cooling medium is arranged on the jacket of the TLX-G/G at the lower part in front of the outlet head of a vertically aligned TLX-G/G.

Weiter ist vorteilhaft, wenn im Mantelraum des TLX-G/G eine Anzahl von Umlenkblechen angebracht wird, deren Anzahl vom jeweiligen vorbestimmten Lastfall abhängig ist und bestimmt wird. Dabei wird das Kühlmedium um die Umlenkbleche des TLX-G/G im Gegenstromverfahren abwechselnd um 180° um die Außenseite von Bündelrohren vorteilhaft geführt. Am Mantel des TLX-G/G wird am oberen Ende vor dem Eintrittskopf eines vertikal ausgerichteten TLX-G/G ein Gasaustrittsstutzen für die Rückführungsleitung des vorgewärmten Kühlmediums besonders vorteilhaft angeordnet.It is also advantageous if a number of baffles are installed in the shell of the TLX-G/G, the number of which depends on and is determined by the respective predetermined load case. The cooling medium is advantageously guided around the baffles of the TLX-G/G in a countercurrent process, alternating by 180° around the outside of the bundled tubes. A gas outlet nozzle for the return line of the preheated cooling medium is particularly advantageously arranged on the shell of the TLX-G/G at the upper end in front of the inlet head of a vertically aligned TLX-G/G.

Weiter werden im Mantelraum des TLX-G/G in Bereichen der Umlenkbleche vorteilhaft Segmente frei von Rohrbündeln vorgesehen.Furthermore, in the shell space of the TLX-G/G, segments free of tube bundles are advantageously provided in the areas of the baffles.

Die Größe des frei zu durchströmenden Segmentes wird bevorzugt zwischen 10% bis 20% der Querschnittsfläche des Innendurchmessers des Mantels des TLX-G/G bemessen. Die Bündelrohre des TLX-G/G werden bevorzugt in einer Dreiecksteilung für eine Durchströmung eines Kühlmediums angeordnet, wobei die Seitenlänge des Dreiecks das 1,2-fache bis 1,3-fache eines Rohrdurchmessers eines Bündelrohres aufweisen soll.The size of the free-flow segment is preferably between 10% and 20% of the cross-sectional area of the inner diameter of the TLX-G/G shell. The bundle tubes of the TLX-G/G are preferably arranged in a triangular arrangement for the flow of a cooling medium, with the side length of the triangle being 1.2 times up to 1.3 times the diameter of a bundled pipe.

Um den Mantel des TLX-G/G wird am oberen Ende hinter dem Eintrittskopf des Spaltgases vom TLX-G/G ein unterschiedliche Wärmespannungen zwischen Bündelrohren und Mantel ausgleichender Kompensator vorteilhaft verbaut.A compensator is advantageously installed around the shell of the TLX-G/G at the upper end behind the inlet head of the fission gas from the TLX-G/G to compensate for different thermal stresses between the bundle tubes and the shell.

Weiterhin werden im Bereich des Mantelraumes des TLX-G/G bevorzugt Reinigungsstutzen nahe am Rohrboden des Austrittskopfes des Spaltgases eines vertikal ausgerichteten TLX-G/G angeordnet.Furthermore, in the area of the shell space of the TLX-G/G, cleaning nozzles are preferably arranged close to the tube bottom of the fission gas outlet head of a vertically aligned TLX-G/G.

Bevorzugterweise werden zwei bis vier verschließbare Reinigungsstutzen mit jeweils 200mm bis 500mm Durchmesser im Bereich des Mantelraums des TLX-G/G vorgesehen, wobei die Reinigungsstutzen mit einem Abstand von 100mm bis 200mm vom unteren Rohrboden des Austrittskopfes des TLX-G/G angebracht.Preferably, two to four closable cleaning nozzles, each with a diameter of 200 mm to 500 mm, are provided in the area of the shell space of the TLX-G/G, with the cleaning nozzles being mounted at a distance of 100 mm to 200 mm from the lower tube sheet of the outlet head of the TLX-G/G.

Ein weiterer Vorteil besteht bei einem horizontal ausgerichteten TLX-G/G darin, dass nach vorbestimmtem Verunreinigungsgrad durch Koksablagerungen zwei bis vier Reinigungsstutzen mit jeweils 200mm bis 500mm Durchmesser im unteren Bereich des Mantelraumes der Länge nach vorgesehen werden.A further advantage of a horizontally aligned TLX-G/G is that, after a predetermined degree of contamination by coke deposits, two to four cleaning nozzles, each with a diameter of 200 mm to 500 mm, are provided lengthwise in the lower area of the shell space.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

  • Fig. 1 eine schematische Anordnung eines Quenchsystems zum Kühlen eines Spaltgases aus einem Spaltgasofen für einen mit Gas gekühlten Quenchkühler nach der Erfindung;
  • Fig. 2 eine schematische Anordnung im Schnitt mit der Einzelheit A-A für einen mit mantelseitiger Gasführung im Gegenstromprinzip gekühlten Quenchkühler eines Quenchsystems nach der Erfindung;
  • Fig. 3 eine schematische Anordnung der Bündelrohre im Rohrfeld nach Fig. 2 mit Einzelheit A-A in vergrößertem Maßstab für einen Quenchkühler eines Quenchsystems nach der Erfindung;
  • Fig. 4 eine schematische Anordnung eines Kompensators für einen Quenchkühler eines Quenchsystems nach der Erfindung;
  • Fig. 5 eine schematische Anordnung von Reinigungsstutzen am Mantel eines vertikal ausgerichteten Quenchkühlers eines Quenchsystems nach der Erfindung und
  • Fig. 6 eine schematische Anordnung von Reinigungsstutzen am Mantel eines horizontal ausgerichteten Quenchkühlers eines Quenchsystems nach der Erfindung.
Further details and advantages of the invention are explained in more detail with reference to an embodiment illustrated in the drawing. In the drawings:
  • Fig. 1 a schematic arrangement of a quench system for cooling a cracked gas from a cracked gas furnace for a gas-cooled quench cooler according to the invention;
  • Fig. 2 a schematic arrangement in section with the detail AA for a quench cooler of a quench system according to the invention, cooled with shell-side gas guidance in the countercurrent principle;
  • Fig. 3 a schematic arrangement of the bundled tubes in the tube field according to Fig. 2 with detail AA on an enlarged scale for a quench cooler of a quench system according to the invention;
  • Fig. 4 a schematic arrangement of a compensator for a quench cooler of a quench system according to the invention;
  • Fig. 5 a schematic arrangement of cleaning nozzles on the jacket of a vertically aligned quench cooler of a quench system according to the invention and
  • Fig. 6 a schematic arrangement of cleaning nozzles on the jacket of a horizontally aligned quench cooler of a quench system according to the invention.

In Fig. 1 ist eine schematische Anordnung eines Quenchsystems zum Betreiben eines Spaltgasofens 10 für einen mit Gas gekühlten Quenchkühler gezeigt. Der Quenchkühler ist als Transfer-Line-Exchanger oder TLX für ein Kühlmedium aus einem Gasgemisch und Wasserdampf oder kurz ein TLX-G/G 14 als Secondary-Quench-Exchanger angeordnet und ausgebildet. Der TLX-G/G 14 ist mit einem Primary-Quench-Exchanger oder PQE 12 und dem Spaltgasofen 10 in Reihe geschaltet.In Fig. 1 A schematic arrangement of a quench system for operating a cracked gas furnace 10 for a gas-cooled quench cooler is shown. The quench cooler is arranged and configured as a transfer line exchanger (TLX) for a cooling medium consisting of a gas mixture and steam, or in short, a TLX-G/G 14 as a secondary quench exchanger. The TLX-G/G 14 is connected in series with a primary quench exchanger (PQE 12) and the cracked gas furnace 10.

Vor dem Spaltgasofen 10 sind Coils 11 angeordnet, die zu dem angedeuteten Primary-Quench-Exchanger oder PQE 12 als Vorkühler führen. In dem konventionellen PQE 12 als Vorkühler werden Spaltgase auf ca. 700°C bis 550°C oder tiefer vorgekühlt. Der PQE 12 ist mit einem Zuführungsstutzen 17 und einem Abführungsstutzen 18 versehen. Über den Zuführungsstutzen 17 wird Kühlwasser eingespeist, und über den Abführungsstutzen 18 wird bei der Vorkühlung entstandenes Wasser/Dampfgemisch weitergeleitet.Coils 11 are arranged in front of the cracked gas furnace 10, which lead to the indicated primary quench exchanger or PQE 12 as a precooler. In the conventional PQE 12 as a precooler, cracked gases are precooled to approximately 700°C to 550°C or lower. The PQE 12 is equipped with an inlet nozzle 17 and an outlet nozzle 18. Cooling water is fed into the inlet nozzle 17, and the water/steam mixture produced during pre-cooling is passed on via the outlet nozzle 18.

Im folgendem wird auf eine bekannte Funktion des PQE 12 nicht weiter eingegangen. Der PQE 12 als Vorkühler soll lediglich die hohen Temperaturen der Spaltgase von 800°C bis 900°C aus dem Spaltgasofen 10 auf eine Temperatur von ca. 700°C bis 550°C vorkühlen. Eine Materialauswahl und verbundenen damit die Kosten für den in Reihe mit dem PQE 12 liegenden TLX-G/G 14 werden dann erheblich vereinfacht und stark gesenkt.A well-known function of the PQE 12 will not be discussed further below. The PQE 12, as a precooler, is intended solely to precool the high temperatures of the fission gases from 800°C to 900°C from the fission gas furnace 10 to a temperature of approximately 700°C to 550°C. This significantly simplifies and significantly reduces the material selection and associated costs for the TLX-G/G 14, which is connected in series with the PQE 12.

Der TLX.G/G 14 ist über eine Gas-Transfer-Line 13 mit dem PQE 12 in Reihe geschaltet. Über die Gas-Transfer-Line 13 wird das aus dem PQE 12 vorgekühlte Spaltgas rohrseitig in den TLX-G/G 14 geleitet. Im TLX-G/G 14 wird das Spaltgas weiter auf Temperaturen von 450°C bis 300°C abgekühlt. Über eine Rohrleitung 19 wird ein Spaltgas zur weiteren Verarbeitung abgeleitet.The TLX-G/G 14 is connected in series with the PQE 12 via a gas transfer line 13. The pre-cooled fission gas from the PQE 12 is piped into the TLX-G/G 14 via the gas transfer line 13. In the TLX-G/G 14, the fission gas is further cooled to temperatures of 450°C to 300°C. A fission gas is discharged via a pipeline 19 for further processing.

Eine Zuführungsleitung 15 ist für das Kühlmedium aus Gasgemisch und Wasserdampf oder Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf oder Hydrocarbon and Steam oder kurz HC+Wasserdampf am unteren Ende vor dem Austrittskopf des vertikal ausgerichteten TLX-G/G 14 angeordnet. Ein 200°C bis 290°C warmes Gasgemisch aus HC+Wasserdampf wird mantelseitig über die Zuführungsleitung 15 dem TLX-G/G 14 zugeführt und durchströmt den TLX-G/G im Gegenstromverfahren.A supply line 15 for the cooling medium consisting of a gas mixture and steam or hydrocarbon gas and steam or hydrocarbon and steam, or HC+steam for short, is arranged at the lower end upstream of the outlet head of the vertically aligned TLX-G/G 14. A gas mixture of HC+steam at a temperature of 200°C to 290°C is supplied to the TLX-G/G 14 via the supply line 15 on the shell side and flows through the TLX-G/G in a countercurrent process.

Eine Rückführungsleitung 16 ist am oberen Ende vor dem Eintrittskopf des TLX-G/G 14 angeordnet, die zum Spaltgasofen 10 geführt ist. Über die Rückführungsleitung 16 wird das im TLX-G/G 14 auf 400°C bis 550°C vorgewärmte Gasgemisch aus HC+Wasserdampf in den Spaltgasofen 10 zurückgeführt. Im Spaltgasofen 10 wird das bereits vorgewärmte Gasgemisch aus HC+Wasserdampf weiter auf 800°C bis 900°C erwärmt, wobei das Gasgemisch aus HC+Wasserdampf gespalten wird. Das gespaltene Gasgemisch oder Spaltgas oder cracked gas wird dann wieder dem PQE 12 als Vorkühler zugeführt. Das Verfahren wiederholt sich.A return line 16 is arranged at the upper end in front of the inlet head of the TLX-G/G 14 and leads to the cracked gas furnace 10. The gas mixture of HC+steam, which has been preheated to 400°C to 550°C in the TLX-G/G 14, is returned to the cracked gas furnace 10 via the return line 16. In the cracked gas furnace 10, the already preheated gas mixture of HC+steam is further heated to 800°C to 900°C, cracking the HC+steam gas mixture. The cracked gas mixture is then fed back to the PQE 12 as a precooler. The process is repeated.

Auf eine genaue Funktion eines Spaltgasofens ist hier nicht näher einzugehen, da seine Funktion in der Technik hinlänglich bekannt ist.The exact function of a cracked gas furnace will not be discussed in detail here, as its function is well known in technology.

In Fig. 2 ist eine schematische Anordnung im Schnitt mit der Einzelheit A-A für einen mit mantelseitiger Gasführung im Gegenstromprinzip gekühlten Quenchkühler eines Quenchsystems gezeigt. Der angedeutete TLX-G/G 14 ist mit der am Gaseingang angeordneten Gas-Transfer-Line 13 und der am Gasausgang angebrachten Rohrleitung 19 dargestellt. Auf einer im Schnitt A-A gezeigten Rohrinnenseite 35 durchströmt das vorgekühlte Spaltgas oder Cracking Effluent den TLX-G/G 14 geradlinig von der Gas-Transfer-Line 13 am Gaseingang bis zum Gasausgang der Rohrleitung 19 und wird dabei abgekühlt.In Fig. 2 A schematic arrangement in section with detail AA is shown for a quench cooler of a quench system cooled with shell-side gas flow using the countercurrent principle. The indicated TLX-G/G 14 is shown with the gas transfer line 13 arranged at the gas inlet and the pipe 19 attached to the gas outlet. On a pipe inner side 35 shown in section AA, the pre-cooled cracking gas or cracking effluent flows straight through the TLX-G/G 14 from the gas transfer line 13 at the gas inlet to the gas outlet of the pipe 19, where it is cooled in the process.

In einen Mantelraum 30 des TLX-G/G 14 wird das Gasgemisch aus HC+Wasserdmpf über einen am unteren Ende vor dem Austrittskopf des vertikal ausgerichteten TLX-G/G angebrachten Gaseintrittsstutzen 31 eingeführt und mittels im Mantelraum des TLX-G/G angeordneten Umlenkblechen 33 jeweils mehrfach bei der Durchströmung abwechselnd um 180°um die Außenseite der Bündelrohre 36 geführt. Das HC+Wasserdampf-Gemisch verlässt den TLX-G/G 14 über einen Gasaustrittsstutzen 32, der am oberen Ende vor dem Eintrittskopf des vertikal ausgerichteten TLX-G/G angebracht ist.The gas mixture of HC+water vapor is introduced into a jacket space 30 of the TLX-G/G 14 via a gas inlet nozzle 31 located at the lower end in front of the outlet head of the vertically aligned TLX-G/G and is guided by baffles 33 arranged in the jacket space of the TLX-G/G, alternately turning 180° several times during the flow around the outside of the bundle tubes 36. The HC+water vapor mixture leaves the TLX-G/G 14 via a gas outlet nozzle 32 located at the upper end in front of the inlet head of the vertically aligned TLX-G/G.

Die Anzahl der Umlenkbleche 33 ist abhängig vom jeweiligen vorbestimmten Lastfall und wird demgemäß bestimmt. Der Druckverlust in dem Mantelraum 30 ist besonders durch die wiederholten Umlenkungen des HC+Wasserdampf-Gemisches hoch und ist auf ein Minimum zu reduzieren, um eine gute Effizienz des Quenchsystems zu erhalten. Daher ist ein Rohrbündel/Rohrfeld 37 besonders gut so auszulegen, dass sich im Bereich eines zu durchströmenden Segments 34 keine Bündelrohre 36 befinden. Die von Bündelrohren 36 freibleibenden Segmente 34 tragen maßgeblich zur Reduzierung des Druckverlustes bei und sind für das Verfahren wesentlich. Die Größe des frei zu durchströmenden Segmentes 34 liegt zwischen 10% bis 20% der Querschnittsfläche des Mantelinnendurchmessers und hängt vom jeweiligen vorbestimmten Lastfall ab.The number of baffles 33 depends on the respective predetermined load case and is determined accordingly. The pressure loss in the shell space 30 is particularly high due to the repeated deflections of the HC+water vapor mixture and must be reduced to a minimum to maintain good quench system efficiency. Therefore, a tube bundle/tube array 37 should be designed particularly well so that no bundled tubes 36 are located in the area of a segment 34 through which the flow is directed. The segments 34 remaining free of bundled tubes 36 contribute significantly to reducing the pressure loss and are essential for the process. The size of the segment 34 through which the flow is directed is between 10% and 20% of the cross-sectional area of the shell's inner diameter and depends on the respective predetermined load case.

In Fig. 3 ist eine schematische Anordnung der Bündelrohre 36 eines Rohrbündels/Rohrfeld 37 nach Fig. 2 mit der Einzelheit Schnitt A-A gezeigt. Die Anordnung der Bündelrohre 36 hat besonders gut ausgelegt zu sein, wenn bei einer Durchströmung 41 des HC+Wasserdampf-Gemisches lediglich ein geringer Druckverlust, aber ein hoher Wärmeübergang und keine Stagnationen entstehen sollen, damit sich eine hohe Kühlung einstellt. Die Rohranordnung ist in einer Dreiecksteilung 42 zum Erzielen einer hohen Kühlung vorzugsweise auszuführen, wobei die Seitenlänge des Dreiecks das 1,2fache bis 1,3fache des Rohraußendurchmessers 43 aufweisen sollte.In Fig. 3 is a schematic arrangement of the bundle tubes 36 of a tube bundle/tube array 37 according to Fig. 2 shown in detail at section AA. The arrangement of the bundled tubes 36 must be particularly well designed if, when the HC+water vapor mixture flows through 41, only a low pressure loss is to occur, but high heat transfer and no stagnation is to occur, so that high cooling is achieved. The tube arrangement should preferably be designed in a triangular configuration 42 to achieve high cooling, with the side length of the triangle being 1.2 to 1.3 times the outer tube diameter 43.

In Fig. 4 ist eine schematische Anordnung eines Kompensators für einen TLX-G/G Quenchkühler eines Quenchsystems nach der Erfindung dargestellt. Infolge der sehr kleinen Wärmeübergangswerte sind die Materialtemperaturen beim TLX-G/G 14 hoch, und die Temperaturdifferenz zwischen Bündelrohren 36 und Mantel 38 ist ebenfalls sehr hoch. Die zwischen Bündelrohren 36 und Mantel 38 auftretenden mechanischen Spannungen auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung sind auszugleichen. Daher ist um den äußeren Mantelraum 30 am oberen Ende hinter dem Eintrittskopf eines vertikal ausgerichteten TLX-G/G 14 ein Kompensator 39 vorzusehen.In Fig. 4 A schematic arrangement of a compensator for a TLX-G/G quench cooler of a quench system according to the invention is shown. Due to the very low heat transfer values, the material temperatures in the TLX-G/G 14 are high, and the temperature difference between the bundled tubes 36 and the shell 38 is also very high. The mechanical stresses occurring between the bundled tubes 36 and the shell 38 due to the different thermal expansion must be compensated. Therefore, a compensator 39 is provided around the outer shell space 30 at the upper end behind the inlet head of a vertically aligned TLX-G/G 14.

In Fig. 5 ist eine schematische Anordnung nach Fig. 4 von Reinigungsstutzen an einem TLX-G/G Quenchkühler eines Quenchsystems gezeigt. Auf Grund des im Mantelraum 30 geführten Kühlmediums aus HC+Wasserdampf lässt sich nicht ausschließen, dass sich im TLX-G/G 14 bei einem Betrieb auch Ablagerungen bilden, die es zu entfernen gilt. Beim vertikal ausgerichteten TLX-G/G 14 sind im unteren Bereich in der Nähe des Austrittskopfes am Mantel 38 verschließbare Reinigungsstutzen 40 zum Entfernen von Ablagerungen vorgesehen. Je nach vorbestimmtem Verunreinigungsgrad durch mögliche Koksablagerungen sind zwei bis vier Reinigungsstutzen 40 von jeweils 200mm bis 500mm vorzusehen. Die Anordnung der Reinigungsstutzen sollte bevorzugt nahe am unteren Rohrboden 44 des TLX-G/G 14 mit einem Abstand von etwa 100mm bis 200mm liegen.In Fig. 5 is a schematic arrangement according to Fig. 4 of cleaning nozzles on a TLX-G/G quench cooler of a quench system. Due to the cooling medium consisting of HC + water vapor conducted in the shell space 30, it cannot be ruled out that deposits will form in the TLX-G/G 14 during operation, which deposits must be removed. In the vertically aligned TLX-G/G 14, closable cleaning nozzles 40 for removing deposits are provided in the lower area near the outlet head on the shell 38. Depending on the predetermined degree of contamination from possible coke deposits, two to four cleaning nozzles 40, each measuring 200 mm to 500 mm, are to be provided. The cleaning nozzles should preferably be arranged close to the lower tubesheet 44 of the TLX-G/G 14 with a spacing of approximately 100 mm to 200 mm.

In Fig. 6 ist eine schematische Anordnung von Reinigungsstutzen an einem TLX-G/G Quenchkühler eines Quenchsystems gezeigt. Beim horizontal ausgerichteten TLX-G/G 14 sind am Mantel 38 verschließbare Reinigungsstutzen 40 zum Entfernen von Ablagerungen infolge von des im Mantelraum 30 geführten Kühlmediums aus HC+Wasserdampf im unteren Bereich des Mantels der Länge nach vorgesehen. Nach vorbestimmtem Verunreinigungsgrad durch nicht auszuschließende Koksablagerungen sind zwei bis vier Reinigungsstutzen 40 mit jeweils 200mm bis 500mm Durchmesser vorgesehen.In Fig. 6 A schematic arrangement of cleaning nozzles on a TLX-G/G quench cooler of a quench system is shown. In the horizontally aligned TLX-G/G 14, closable cleaning nozzles 40 are provided on the shell 38 for removing deposits resulting from the cooling medium consisting of HC+steam conveyed in the shell space 30 in the lower region of the shell. Depending on a predetermined degree of contamination by coke deposits, two to four cleaning nozzles 40, each with a diameter of 200 mm to 500 mm, are provided.

Die Vorteile bei dem bevorzugten TLX-G/G Quenchkühler für ein Quenchsystem sind darin zu sehen, dass Spaltgase in einem Spaltgasofen erwärmt und dabei gespalten werden, durch einen Primary-Quench-Exchanger oder PQE vorgekühlt und anschließend rohrseitig durch den TLX-G/G geführt und weiter abgekühlt werden.The advantages of the preferred TLX-G/G quench cooler for a quench system are that cracked gases are heated and cracked in a cracked gas furnace, pre-cooled by a primary quench exchanger or PQE, and then passed through the TLX-G/G on the tube side and further cooled.

Anders als bei konventionellen Quenchkühlern kommt beim TLX-G/G als Kühlmedium mantelseitig kein Wasser/Dampf-Gemisch zum Einsatz, sondern ein Gasgemisch und Wasserdampf bestehend aus Kohlenwasserstoffgas und Wasserdampf oder kurz HC+Wasserdampf oder Hydrocarbon+Steam. Ein solches Gemisch aus HC+Wasserdampf wird in dem TLX-G/G vorgewärmt und kühlt gleichzeitig Spaltgase oder Cracking Effluent aus einem Spaltgasofen ab, die zur Ethylen- und danach zur Kunststoff-Herstellung verwendet werden. Das vorgewärmte Gemisch aus HC+Wasserdampf wird zur weiteren Erwärmung zum Spaltgasofen zurückgeführt und im Spaltgasofen gespalten oder cracked und dem TLX-G/G über den PQE wieder zugeführt.Unlike conventional quench coolers, the TLX-G/G does not use a water/steam mixture as the cooling medium on the shell side, but rather a gas and steam mixture consisting of hydrocarbon gas and steam, or HC+steam for short. This mixture of HC+steam is preheated in the TLX-G/G and simultaneously cools cracking gases or cracking effluent from a cracking gas furnace, which are used to produce ethylene and subsequently plastics. The preheated mixture of HC+steam is returned to the cracking gas furnace for further heating, cracked in the cracking gas furnace, and then fed back into the TLX-G/G via the PQE.

Durch die vorteilhafte Verfahrensweise oder Wärmerückgewinnung wird die notwendige Energie zum Beheizen eines Spaltgasofens reduziert, was sich ökonomisch und ökologisch sehr positiv im Gesamtverfahren hinsichtlich Kosten und Verbrauch auswirkt.The advantageous process or heat recovery reduces the energy required to heat a cracked gas furnace, which has a very positive economic and ecological impact on the overall process in terms of costs and consumption.

Vor dem TLX-G/G sollte ein konventioneller PQE als Vorkühler eingesetzt werden, um den Spaltgasofen nicht nur während des Anfangsbetriebes, sondern generell auch bei Planung, Realisierung und späteren Reparaturen oder Wartungsarbeiten wirtschaftlich zu betreiben.A conventional PQE should be used as a pre-cooler upstream of the TLX-G/G in order to operate the cracked gas furnace economically not only during initial operation, but also generally during planning, implementation and subsequent repairs or maintenance work.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Spaltgasofencracked gas furnace
1111
CoilsCoils
1212
Primary-Heat-Exchanger oder kurz PQE VorkühlerPrimary Heat Exchanger or PQE precooler
1313
Gas-Transfer-LineGas Transfer Line
1414
TLX-G/G als QuenchkühlerTLX-G/G as quench cooler
1515
Zuführungsleitung HC+SteamSupply line HC+Steam
1616
Rückführungsleitung HC+SteamReturn line HC+Steam
1717
ZuführungsstutzenFeed nozzle
1818
Abführungsstutzendischarge nozzle
1919
Rohrleitungpipeline
20-2920-29
freifree
3030
Mantelraummantle space
3131
GaseintrittsstutzenGas inlet nozzle
3232
GasaustrittsstutzenGas outlet nozzle
3333
UmlenkblecheDeflection plates
3434
SegmenteSegments
3535
RohrinnenseiteInside of pipe
3636
BündelrohreBundled pipes
3737
Rohrbündel/RohrfeldTube bundle/tube field
3838
MantelCoat
3939
Kompensatorcompensator
4040
ReinigungsstutzenCleaning nozzle
4141
Durchströmung angedeutet durch PfeileFlow indicated by arrows
4242
DreiecksteilungTriangular division
4343
RohraußendurchmesserPipe outer diameter
4444
Rohrbodentube sheet

Claims (16)

Quenchsystem zum Kühlen von Spaltgas aus einem Spaltgasofen mit unterschiedlichen Ausgangsstoffen, welches einen Spaltgasofen (10), einen Primary-Quench-Exchanger oder PQE (12) und einen Secondary-Quench-Exchanger umfasst, die in Reihe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transfer-Line-Exchanger oder TLX für ein Kühlmedium aus einem Gasgemisch und Wasserdampf oder ein TLX-G/G (14) als ein Secondary-Quench-Exchanger angeordnet und ausgebildet ist, dass der TLX-G/G (14) mit dem Primary-Quench-Exchanger oder PQE (12) über eine Gas-Transfer-Line (13) in Reihe verbunden ist, dass am TLX-G/G (14) eine das Kühlmedium aus Gasgemisch und Wasserdampf leitende Zuführungsleitung (15) am unteren Teil vor Austrittskopf des vertikal ausgerichteten TLX-G/G angeordnet ist, dass der TLX-G/G (14) über eine Rückführungsleitung (16) mit dem Spaltgasofen (10) zum Zurückführen von im TLX-G/G vorgewärmtem Kühlmedium verbunden ist, dass der TLX-G/G (14) über eine Rohrleitung (19) von auf Temperaturen von 450°C bis 300°C abgekühltes Spaltgas zur weiteren Verarbeitung ausgerüstet ist und dass am oberen Ende des TLX-G/G (14) hinter Eintrittskopf des Spaltgases ein Kompensator (39) vorgesehen ist.Quench system for cooling cracked gas from a cracked gas furnace with different starting materials, which comprises a cracked gas furnace (10), a primary quench exchanger or PQE (12) and a secondary quench exchanger which are connected in series, characterized in that a transfer line exchanger or TLX for a cooling medium consisting of a gas mixture and water vapor or a TLX-G/G (14) is arranged and designed as a secondary quench exchanger, that the TLX-G/G (14) is connected in series with the primary quench exchanger or PQE (12) via a gas transfer line (13), that on the TLX-G/G (14) a supply line (15) conducting the cooling medium consisting of a gas mixture and water vapor is arranged at the lower part in front of the outlet head of the vertically aligned TLX-G/G, that the TLX-G/G (14) is connected via a A return line (16) is connected to the cracked gas furnace (10) for returning cooling medium preheated in the TLX-G/G, that the TLX-G/G (14) is equipped with a pipeline (19) for further processing of cracked gas cooled to temperatures of 450°C to 300°C, and that a compensator (39) is provided at the upper end of the TLX-G/G (14) behind the inlet head of the cracked gas. Quenchsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Mantel (38) des TLX-G/G (14) ein Gaseintrittsstutzen (31) für die Zuführungsleitung (15) des Kühlmediums angeordnet ist, dass im Mantelraum (30) des TLX-G/G (14) Umlenkbleche (33) angebracht sind, dass das Kühlmedium um die Umlenkbleche (33) des TLX-G/G (14) im Gegenstromverfahren abwechselnd um 180° um die Außenseite von Bündelrohren (36) geführt ist, dass am Mantel (38) des TLX-G/G (14) am oberen Ende vor dem Eintrittskopf des vertikal ausgerichteten TLX-G/G ein Gasaustrittsstutzen (32) für die Rückführungsleitung (16) des vorgewärmten Kühlmediums angeordnet ist, dass im Mantelraum (30) des TLX-G/G (14) in Bereichen der Umlenkbleche (33) Segmente (34) frei von Rohrbündeln (37) vorgesehen sind.Quench system according to claim 1, characterized in that a gas inlet nozzle (31) for the supply line (15) of the cooling medium is arranged on the jacket (38) of the TLX-G/G (14), that baffles (33) are mounted in the jacket space (30) of the TLX-G/G (14), that the cooling medium is guided around the baffles (33) of the TLX-G/G (14) in a countercurrent process alternating by 180° around the outside of bundled tubes (36), that a gas outlet nozzle (32) for the return line (16) of the preheated cooling medium is arranged on the jacket (38) of the TLX-G/G (14) at the upper end in front of the inlet head of the vertically aligned TLX-G/G, that in the jacket space (30) of the TLX-G/G (14) in areas of the baffles (33) segments (34) free of tube bundles (37) are provided. Quenchsystem nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des frei zu durchströmenden Segmentes (34) zwischen 10% bis 20% der Querschnittsfläche des Innendurchmessers des Mantels (38) des TLX-G/G (14) bemessen ist.Quench system according to claim 2, characterized in that the size of the segment (34) through which the flow is freely passing is dimensioned between 10% and 20% of the cross-sectional area of the inner diameter of the jacket (38) of the TLX-G/G (14). Quenchsystem nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bündelrohre (36) des TLX-G/G (14) in einer Dreiecksteilung (42) für eine Durchströmung (41) eines Kühlmediums angeordnet sind und dass die Seitenlänge des Dreiecks das 1,2-fache bis 1,3-fache eines Rohrdurchmessers (43) eines Bündelrohres (36) aufweist.Quench system according to claim 2, characterized in that the bundle tubes (36) of the TLX-G/G (14) are arranged in a triangular division (42) for a flow (41) of a cooling medium and that the side length of the triangle is 1.2 times to 1.3 times a tube diameter (43) of a bundle tube (36). Quenchsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass um den Mantel (38) des TLX-G/G (14) am oberen Ende hinter dem Eintrittskopf des Spaltgases vom TLX-G/G ein unterschiedliche Wärmeausdehnungen zwischen Bündelrohr (36) und Mantel (38) ausgleichender Kompensator (39) verbaut ist.Quench system according to claim 1, characterized in that a compensator (39) compensating for different thermal expansions between the bundle tube (36) and the jacket (38) is installed around the jacket (38) of the TLX-G/G (14) at the upper end behind the inlet head of the fission gas from the TLX-G/G. Quenchsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Mantelraumes (30) des TLX-G/G (14) Reinigungsstutzen (40) nahe am Rohrboden (44) des Austrittkopfes des Spaltgases eines vertikal ausgerichteten TLX-G/G angeordnet sind.Quench system according to claim 1, characterized in that in the region of the jacket space (30) of the TLX-G/G (14) cleaning nozzles (40) are arranged close to the tube bottom (44) of the outlet head of the fission gas of a vertically aligned TLX-G/G. Quenchsystem nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Mantelraumes (30) des TLX-G/G (14) zwei bis vier verschließbare Reinigungsstutzen (40) mit je 200mm bis 500mm Durchmesser vorgesehen sind und dass die Reinigungsstutzen (40) mit einem Abstand von 100mm bis 200mm vom unteren Rohrboden (44) angebracht sind.Quench system according to claim 6, characterized in that two to four closable cleaning nozzles (40) each with a diameter of 200 mm to 500 mm are provided in the region of the jacket space (30) of the TLX-G/G (14), and that the cleaning nozzles (40) are mounted at a distance of 100 mm to 200 mm from the lower tube sheet (44). Quenchsystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem horizontal ausgerichteten TLX-G/G (14) nach vorbestimmtem Verunreinigungsgrad durch Koksablagerungen zwei bis vier Reinigungsstutzen (40) mit jeweils 200mm bis 500mm Durchmesser im unteren Bereich des Mantelraums (30) der Länge nach vorgesehen sind.Quench system according to claim 1, characterized in that in a horizontally aligned TLX-G/G (14) after a predetermined degree of contamination by coke deposits, two to four cleaning nozzles (40) each with a diameter of 200 mm to 500 mm are provided lengthwise in the lower region of the jacket space (30). Verfahren für ein Quenchsystem zum Kühlen von Spaltgas aus einem Spaltgasofen mit unterschiedlichen Ausgangsstoffen, welches einen Spaltgasofen (10), einen Primary-Quench-Exchanger oder PQE (12) und einen Secondary-Quench-Exchanger umfasst, die in Reihe verbunden sind, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Transfer-Line-Exchanger oder TLX für ein Kühlmedium aus einem Gasgemisch und Wasserdampf oder ein TLX-G/G (14) als ein Secondary-Quench-Exchanger angeordnet und ausgebildet wird, dass der TLX-G/G (14) mit dem Primary-Quench-Exchanger oder PQE (12) über eine Gas-Transfer-Line (13) in Reihe verbunden wird, dass am TLX-G/G (14) eine das Kühlmedium aus Gasgemisch und Wasserdampf leitende Zuführungsleitung (15) am unteren Teil vor Austrittskopf desvertikal ausgerichteten TLX-G/G angeordnet wird, dass der TLX-G/G (14) über eine Rückführungsleitung (16) mit dem Spaltgasofen (10) zum Zurückführen von im TLX-G/G vorgewärmtem Kühlmedium verbunden wird, dass der TLX-G/G (14) über eine Rohrleitung (19) von auf Temperaturen von450°C bis 300°C abgekühltes Spaltgas zur weiteren Verarbeitung ausgerüstet wird und dass am oberen Ende hinter Eintrittskopf des Spaltgases in den TLX-G/G (14) ein Kompensator (39) vorgesehen wird.Method for a quench system for cooling cracked gas from a cracked gas furnace with different starting materials, which comprises a cracked gas furnace (10), a primary quench exchanger or PQE (12) and a secondary quench exchanger, which are connected in series, according to claim 1, characterized in that a transfer line exchanger or TLX for a cooling medium consisting of a gas mixture and water vapor or a TLX-G/G (14) is arranged and designed as a secondary quench exchanger, that the TLX-G/G (14) is connected in series with the primary quench exchanger or PQE (12) via a gas transfer line (13), that a supply line (15) conducting the cooling medium consisting of a gas mixture and water vapor is arranged on the TLX-G/G (14) at the lower part in front of the outlet head of the vertically aligned TLX-G/G, that the TLX-G/G (14) via a return line (16) with the cracked gas furnace (10) for returning the cooling medium preheated in the TLX-G/G that the TLX-G/G (14) is equipped with fission gas cooled to temperatures of 450°C to 300°C via a pipeline (19) for further processing and that a compensator (39) is provided at the upper end behind the inlet head of the fission gas into the TLX-G/G (14). Verfahren für ein Quenchsystem nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Mantel (38) des TLX-G/G (14) ein Gaseintrittsstutzen (31) für die Zuführungsleitung (15) des Kühlmediums angeordnet wird, dass im Mantelraum (30) des TLX-G/G ein Anzahl von Umlenkblechen (33) angebracht werden, deren Anzahl vom jeweiligen vorbestimmten Lastfall abhängig ist und bestimmt wird, dass das Kühlmedium um die Umlenkbleche (33) des TLX-G/G im Gegenstromverfahren abwechselnd um 180° um die Außenseite von Bündelrohren (36) geführt wird, dass am Mantel (38) des TLX-G/G (14) am oberen Ende vor dem Eintrittskopf des vertikal ausgerichteten TLX-G/G ein Gaseintrittsstutzen (32)für die Rückführungsleitung (16) des vor gewärmten Kühlmediums angeordnet wird und dass im Mantelraum (30) des TLX-G/G (14) in Bereichen der Umlenkbleche (33) Segmente (34) frei von Rohrbündeln (37) vorgesehen werden.Method for a quenching system according to claim 9, characterized in that a gas inlet nozzle (31) for the supply line (15) of the cooling medium is arranged on the jacket (38) of the TLX-G/G (14), that a number of baffles (33) are mounted in the jacket space (30) of the TLX-G/G, the number of which depends on the respective predetermined load case and is determined, that the cooling medium is guided around the baffles (33) of the TLX-G/G in a countercurrent process alternately by 180° around the outside of bundle tubes (36), that a gas inlet nozzle (32) for the return line (16) of the preheated cooling medium is arranged on the jacket (38) of the TLX-G/G (14) at the upper end in front of the inlet head of the vertically aligned TLX-G/G, and that in the jacket space (30) of the TLX-G/G (14) in areas of the deflection plates (33) segments (34) free of tube bundles (37) are provided. Verfahren für ein Quenchsystem nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des frei zu durchströmenden Segmentes (34) zwischen 10% bis 20% der Querschnittsfläche des Innendurchmessers des Mantels (38) des TLX-G/G (14) bemessen wird.Method for a quenching system according to claim 10, characterized in that the size of the segment (34) through which free flow is to take place is dimensioned between 10% and 20% of the cross-sectional area of the inner diameter of the shell (38) of the TLX-G/G (14). Verfahren für ein Quenchsystem nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bündelrohre (36) des TLX-G/G (14) in einer Dreiecksteilung (42) für eine Durchströmung (41) eines Kühlmediums angeordnet werden und dass die Seitenlänge des Dreiecks das 1,2-fache bis 1,3-fache eines Rohrdurchmessers (43) eines Bündelrohres (36) soll.Method for a quenching system according to claim 10, characterized in that the bundle tubes (36) of the TLX-G/G (14) are arranged in a triangular division (42) for a flow (41) of a cooling medium and that the side length of the triangle should be 1.2 times to 1.3 times a pipe diameter (43) of a bundle pipe (36). Verfahren für ein Quenchsystem nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass um den Mantel (38) des TLX-G/G (14) am oberen Ende hinter dem Eintrittskopf des Spaltgases vom TLX-G/G ein unterschiedliche Wärmespannungen zwischen Bündelrohr (36) und Mantel (38) ausgleichender Kompensator (39) verbaut wird.Method for a quenching system according to claim 9, characterized in that a compensator (39) compensating for different thermal stresses between the bundle tube (36) and the jacket (38) is installed around the jacket (38) of the TLX-G/G (14) at the upper end behind the inlet head of the fission gas from the TLX-G/G. Verfahren für ein Quenchsystem nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Mantelraumes (30) des TLX-G/G (14) Reinigungsstutzen (40) nahe am Rohrboden (44) des Austrittskopfes des Spaltgases eines vertikal ausgerichteten TLX-G/G angeordnet werden.Method for a quenching system according to claim 9, characterized in that in the region of the jacket space (30) of the TLX-G/G (14) cleaning nozzles (40) are arranged close to the tube bottom (44) of the outlet head of the fission gas of a vertically aligned TLX-G/G. Verfahren für ein Quenchsystem nach Patentanspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Mantelraumes (30) des TLX-G/G (14) zwei bis vier verschließbare Reinigungsstutzen (40) mit jeweils 200mm bis 500mm Durchmesser vorgesehen werden und dass die Reinigungsstutzen (40) mit einem Abstand von 100mm bis 200mm vom unteren Rohrboden (44) des Austrittskopfes des TLX-G/G angebracht werden.Method for a quenching system according to claim 14, characterized in that two to four closable cleaning nozzles (40) each with a diameter of 200 mm to 500 mm are provided in the region of the jacket space (30) of the TLX-G/G (14), and that the cleaning nozzles (40) are mounted at a distance of 100 mm to 200 mm from the lower tube sheet (44) of the outlet head of the TLX-G/G. Verfahren für ein Quenchsystem nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem horizontal ausgerichteten TLX-G/G (14) nach vorbestimmtem Verunreinigungsgrad durch Koksablagerungen zwei bis vier Reinigungsstutzen (40) mit jeweils 200mm bis 500mm Durchmesser im unteren Bereich des Mantelraumes (30) der Länge nach vorgesehen werden.Method for a quenching system according to claim 9, characterized in that in a horizontally aligned TLX-G/G (14) after a predetermined degree of contamination by coke deposits, two to four cleaning nozzles (40) each with a diameter of 200 mm to 500 mm are provided lengthwise in the lower region of the jacket space (30).
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