161682. lajstromszámú szabadalom • Gázsugárzásos és konvektív hőátadáson alapuló csőkemence hőbomlásra hajlamos anyagok, például diklóretán felhevítésére és/vagy nyomás alatti hőbontására

3 161682 4 alapján szerzett kémiai, bomláskinetikai ismereteink, valamint ipari méretű diklóretán bontóreaktor tervezésével kapcsolatban végzett hőtechnikai számításaink alapján arra a felismerésre jutottunk, hogy a diklóretán bontása ipari méretekben előnyösebben valósítható meg a fent ismertetett típusú csőkemencétől eltérő elvi és szerkezeti felépítésű, ún. konvektív és gazsugárzásos hőátadáson alapuló csőkemencében. Szénhidrogének pirolízisekor ugyanis 1 kg szénhidrogénre számítva 550—650 kcal hőt kell 0,6—1,5 sec tartózkodási idő alatt a kemence bontószakaszában (a reakciószakaszban) átadni. A reaktorból távozó elegy hőmérséklete 780— 850 °C. Ilyen nagy hőmennyiség átadása, ilyen rövid idő alatt és ilyen magas hőmérsékleten elsősorban sugárzó szilárd test hőátadásával biztosítható. Ezzel szemben a diklóretán hőbontása során 1 kg diklóretánra számítva mindössze 180—185 kcal hőt kell a kemence bontó (reakció) szakaszában átadni, és e hőmennyiség átadásához 4—10 sec tartózkodási idő áll rendelkezésre. A reaktorból távozó elegy hőmérséklete 480— 600 °C. A diklóretán hőbontása tehát lényegesen alacsonyabb hőmérsékletszinten, lényegesen kisebb fajlagos hőbevitellel, azaz lényegesen enyhébb körülmények között valósítható meg, mint a szénhidrogének pirolízise. A lényegesen enyhébb bontási körülmények olyan kemencekonstrukció kialakítását teszik lehetővé, amelyben a bontócső és a füstgáz között konvekciós és gázsugárzásos hőátadás valósul meg. Találmányunk szerint túlkrakkolódásra hajlamos hőérzékeny anyagok, például diklóretán felhevítését és/vagy hőbontását a helyi túlmelegedések elkerülése és a bontócső kerülete mentén az egyenletes hőbevitel biztosítása céljából olyan csőkemencében valósítjuk meg, amelynél a csőkemencében lejátszódó folyamat hőigény ének biztosításához szükséges hőmennyiséget egy, a csőkemencetértől részben vagy egészen elkülönített, ún. égőtérben állítjuk elő, ahonnét a magas hőmérsékletű füstgázok a csőkemencetérbe áramlanak és ott a bontócsőből célszerűen kialakított csőkígyónak sugárzás és konvekció útján hőt adnak át. A hőátadási folyamatot a bontócső hossza mentén a sugárzó füstgázok hőmérsékletének és rétegvastagságának, valamint sebességének változtatásával szabályozzuk. Találmányunk szerinti csőkemence egyik célszerű elrendezését az l/l. és 1/2. rajzok szemléltetik. Ezeknél az elrendezéseknél nagyobb mértékben konvekcióval, kisebb mértékben füstgázsugárzással történik a hőátadás. A kemence két jól elkülöníthető része az 1 tűztér és a 2 csőkemencetér. A 2 csőkemencetér alatt elhelyezkedő 2 tűztérben kisszámú (pl. 10 db) nagy teljesítményű 9 égő biztosítja a bontáshoz szükséges hőmennyiség folyamatos termelését. A magas (1500— 1800 °C) hőmérsékletű füstgázok hőmérsékletét 13 hideg (kb. 300 °C-os) füstgáz, és/vagy levegő, és/vagy vízgőz bekeverésével a 2 csőkemencetérben lejátszódó hőátadási folyamat által megkívánt 1000—1500 °C-ra hűtjük, majd a két teret összekötő 8 csatornán keresztül a hőszige-5 telő falazattal körülvett 2 csőkemencetérbe vezetjük. Ebben a 2 térben helyezkedik el — megfelelő tartószerkezeten — a 6 előmelegítőt, az 5 elpárologtatót és a 4 túlhevítőt, valamint a 3 bontóreaktort képező 10 csőkígyó, amely két 10 vagy több párhuzamos járatból állhat. A magas hőmérsékletű füstgázok a 2 csőkemencetérben felfelé áramolva konvekció és gázsugárzás útján, szabályozott módon hőt adnak át a 30 bontócsőben áramló anyagnak, miközben 15 a hőmérsékletük fokozatosan csökken. A 2 csőkemencetér tetején 250—350 °C hőmérsékletű füstgázok távoznak. A 14 cseppfolyós hideg vagy előmelegített diklóretán a 2 csőkemencetér 6 előmelegítő szaka-20 szának felső csősorába lép, és lefelé áramolva közel forrpontra melegszik fel. A forráspont közelében levő diklóretánt az 5 elpárologtató szakasz aljára vezetjük. Az 5 elpárologtató és az alatta elhelyezett 4 túlhevítő szakaszból 380—420 °C-ra előmelegítve gőzállapotban távozik az anyag, amely a 3 bontószakasz alsó, legmelegebb csősorába lép. A 3, bontószakaszból távozó 15 reakcióelegy a kemence közvetlen közelében elhelyezett ún. befagyasztó (quench) készülékbe áramlik. A 3 bontószakasz (reakciózóna) a 2 csőkemencetér alsó szakaszában van elhelyezve, az ittlevő 20 bontócsövek tehát az 1000—1500 °C hőmér„5

sékletű füstgázokkal érintkeznek. A 2 csőkemencetér alsó 3 bontószakaszában (reakciózóna) középen (l/l. rajz) vagy kétoldalt (1/2. rajz) a 26 füstgázterelő csatorna helyezkedik el, amelyen keresztül a forró füstgázok egy (szabályozott) ré-4Q szét a 3 reakciózóna felsőbb szakaszaiba vezetjük. Ily módon biztosítjuk, hogy a 10 bontócső adott szakaszaiba a bontási folyamat által megkívánt hőmennyiség áramoljon. A füstgáz menynyiségének elosztása a csövek közötti térben, ill. 45 a

16 füstgázterelő csatornában megfelelő terelő szerkezetek beépítésével biztosítható. Az 1/3. rajzon látható elrendezésnél a hőterhelésnek a 10 bontócső hossza mentén való szabályozását a 2 csőkemencetér oldalfalain kiépített 50 2a tüzelőtérben elhelyezett kisebb teljesítményű 9a égőkkel valósítjuk meg. Találmányunk szerinti csőkemence egy másik célszerű elrendezését a 2/1., a 2/2. és a 2/3. rajzok szemléltetik. Ezeknél az elrendezéseknél nagyobb 55 mértékben füstgázsugárzással, kisebb mértékben konvekcióval történik a hőátadás. Az 2 tüzelőtér ennél a kemenceelrendezésnél is alul helyezkedik el, ahonnét a 2 csőkemencetérben lejátszódó folyamat által megkívánt hőtartalmú és hőmérsékletű, célszerűen két (2/1. rajz), vagy három (2/2. rajz), ill. négy (2/3. rajz) 9 égősor által termelt füstgázok a 8 füstgázátvezető csatornán keresztül a 2 csőkemencetérbe 65 áramlanak, ahol sugárzás és konvekció útján hőt