BORSIG Process Heat Exchanger GmbH
Für hochkritische Bereiche
unser Kesseldesign

Abhitzekessel hinter/nach der partiellen Oxidation von Öl und Gas

Die nichtkatalytische Spaltung von Kohlenwasserstoffen durch partielle Oxidation von Erdgas, Öl usw. findet bei Temperaturen bis zu 1.500 °C und Drücken bis zu 80 bar (8.000 kPa) statt. Neben den dabei entstehenden Komponenten CO, CO2, H2, H2O und H2S finden sich im Prozessgas Ruß und Asche. Abhängig vom Einsatzstoff sind zusätzliche Bestandteile wie Vanadium, Nickel und Eisen im Gas zu erwarten. Diese Bestandteile stellen neben den Feststoffen und dem Schwefelwasserstoff hohe Anforderungen an den Abhitzekessel hinsichtlich Erosion, Korrosion und Verschmutzung.

Das Prozessgas tritt mit ca. 1.500 °C in die Rohre ein und mit ca. 300 °C aus. Die dabei freiwerdende Wärme wird zur Erzeugung von Prozessdampf mit einem Druck bis zu 140 bar (14.000 kPa) verwendet. Durch einen in den Abhitzekessel eingebauten Überhitzer kann die Wärme auch zur Überhitzung des Dampfs verwendet werden.

Bisher sind Abhitzekessel mit einem gasseitigen Durchsatz bis zu 70.000 Nm³/h gebaut worden. Die verwendete Konstruktion erlaubt ohne weiteres eine Vergrößerung der Menge auf 200.000 Nm³/h.

Die BORSIG Process Heat Exchanger GmbH hat ein eigenes Kesselkonzept entwickelt, das den hohen Anforderungen Rechnung trägt. Diese Kesselkonstruktion ist für alle Vergasungsprozesse geeignet, wurde jedoch bisher hauptsächlich für den TEXACO-Prozess eingesetzt.

Der Abhitzekessel ist als Feuerrohrkessel ausgeführt. Das heiße Synthesegas tritt mit einer Temperatur von ca. 1.400 ° C in die Heizflächen ein und wird in diesen Rohren auf ca. 300 ° C abgekühlt. Die Wärme aus dem Synthesegas wird zur Erzeugung von Sattdampf verwendet.

Die Rohre sind als wendelförmig gewundene Heizflächen ausgebildet. Ihr Durchmesser verringert sich üblicherweise um vier bis fünf Stufen, um die Gasgeschwindigkeit im Bereich von 25 bis 35 m / s zu halten. Dies gewährleistet einen Selbstreinigungseffekt, der aufgrund der hohen Partikelbelastung des Gases notwendig ist. Ein konischer Einlassabschnitt wird verwendet, um die Turbulenz an den Einlässen zu reduzieren.

partielle Oxidation
partielle Oxidation

Die maximalen Materialspannungen treten an den Gaseintrittsdüsen auf. Daher muss ihr Design im Mittelpunkt stehen. Die Gaseinlassdüsen sind mit einem Zwangsumlauf versehen. Kesselwasser wird aus dem unteren Kesselbereich entnommen und über Umwälzpumpen den Doppelrohren in der Gaseintrittszone zugeführt.

Die maximalen Metalltemperaturen treten am Eintritt des Konus und am Übergang vom Konus zum zylindrischen Rohr auf.

Um die Wandtemperatur in diesen Bereichen zu reduzieren, wurden zwei Merkmale in die Kesselkonstruktion integriert:

Verstärkungsrippen

Auf der Wasserseite sind die Gaseinlassdüsen mit Verstärkungsrippen versehen. Dies ermöglicht es, die Wandstärke und damit die Wandtemperaturen in diesem Bereich zu reduzieren. Diese hier beschriebene Gestaltung der Gaseinlassdüsen mit Verstärkungsrippen ist patentrechtlich geschützt.

Keramische Beschichtung

Der Auftrag einer keramischen Schutzschicht auf der Gasseite der Einlaufdüsen verbessert die Korrosions- und Erosionsbeständigkeit erheblich. Die Beschichtung reduziert aufgrund ihrer geringen Leitfähigkeit auch die Wandtemperaturen.

Die Vorteile auf einen Blick

  • Die Gaseintrittsdüsen werden durch erzwungene und natürliche Zirkulation gekühlt.
  • Die Gaseintrittsdüsen sind mit Verstärkungsrippen auf der Wasserseite und Keramikbeschichtung auf der Gasseite ausgeführt.
  • Die Rohrdurchmesser nehmen in mehreren Schritten ab, um eine minimale Gasgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten.
  • Die Rohrschlangen sind durch das obere und untere Mannloch zugänglich und einzeln austauschbar.
partielle Oxidation
partielle Oxidation
partielle Oxidation
partielle Oxidation

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Partielle Oxidation

The non-catalytic cracking of hydrocarbons by partial oxidation of natural gas, oil etc. is carried out at temperatures up to 1,500 °C and pressures up to 8,000 kPa. Besides the resulting reaction components CO, CO2, H2, H2O and H2S the process gas is loaded with soot and ash. Depending on the type of feedstock other impurities like vanadium, nickel and iron can also be expected. Due to these impurities, the high particulate burden of the gas and the hydrogen sulfide the waste heat boiler must be highly resistant to erosion, corrosion and fouling.