CN1254362A - 急冷器 - Google Patents

Abstract

用于急冷热裂解炉流出物的急冷器或转油线换热器具有一个在裂解炉管和急冷器管之间的入口连接器。急冷器的管以隔开管的环状形式排列,成形的连接器的流动通道一开始减速然后加速气体。其包括圆锥形渐扩扩散段、接着的径向扩散段和环状会聚段。截面变化是平稳的,从而避免了死空间,并使压力损失最小。

Description

急冷器

本发明涉及用于急冷烃类裂解炉流出物的新换热器或急冷器。更确切地说，本发明涉及裂解炉炉管和急冷器或转油线换热器的换热管之间的连接。

在蒸汽存在下通过热裂解烃类进料来生产轻质烯烃(乙烯、丙烯、丁二烯和丁烯)和联合生产芳烃(苯、甲苯、乙基苯、二甲苯和苯乙烯)中通过迅速冷却或急冷裂解炉流出物来停止裂化反应。急冷时间以毫秒计，并且具有在其瞬时值“冷却”炉出口组分的目的以防止通过连续次级反应而降低烯烃的收率。根据要冷却的裂解气的量、裂解炉流出物的结垢趋势和要产生的蒸汽的压力/温度条件在市场上可买到许多不同设计的急冷器。这些设计从常规固定管板壳体和管式换热器到双管设计。

众所周知的是，对于任何给定的裂解炉操作条件，通过尽可能快地降低离开裂解炉气体的温度可以使烯烃的收率最大和急冷器结垢最少。这就要求急冷器的位置要与裂解炉出口靠得尽可能近，使急冷器的入口段的体积最小化和在冷却段的表面与体积比最大化。后一种要求意味着许多小的急冷管比单个大直径设备更有利。

称作SHG转油线换热器(Schmidt’sche Heissdampf-Gesellschaft mbH)的一种现有技术类型的急冷器使用了许多平行排列的套管，其中每个急冷管套有一个同心的外管，外管运送水一汽混合物。通过水平的椭圆形集合管向内管和外管之间的环提供锅炉水。关于这一点，参见德国专利DE2551195。对外管使用这种具有椭圆形集合管的套管设备的另一个现有技术专利是US4457364。该专利公开了一种分布器，该分布器具有加热炉气体入口和两个或三个分开的分支，形成了用于加热炉和急冷器之间转换的Y形接头或三管接头。正如所述的那样，还没有发生冷却的这种转换在使连续反应和不需要的焦炭沉积最小化方面是关键的。在该US4457364中，通过连接器流动的截面面积基本上是均匀的以便在分布器各处达到基本恒定的气体速度。该分布器的截面面积还可以渐扩至最大一点，在该点处分支的截面面积的总和与入口截面面积之比为2∶1。

在US5464057中，裂解炉出口和急冷器管入口之间的急冷器的入口段或连接器将流体分成许多分支，并设计成使入口段的停留时间降至最少。为了均匀分布的气体进入许多排成一行的急冷管，流体通道设计成先有效地减速离开裂解炉的气体，然后将该气体再加速到急冷管的速度。连接器中的圆锥形分开扩散段使气体减速，然后当气体加入到急冷器管时，一头逐渐变细的和分支的会聚段再加速该气体。在流动方向上(空气动力学的)截面转变是平稳的，面积变化单调，所以利用了动压力，避免了死空间，即液流分开的区域，压力丧失最小。虽然这种连接器非常有效，但它只适用于排成一行排列的急冷管。

本发明涉及在裂解炉出口和急冷器管入口之间的急冷器的入口段或连接器。急冷器使用套管设备，具有一个外管的椭圆形集合管和许多环状排列的急冷管。连接器提供了圆锥形扩散通道，该通道使离开裂解炉的气体减速，然后提供径向扩散段以引导气体向上流动。连接器向气体提供了平稳的再加速，使气体以操作管速进入冷却管的环状设备。

图1显示了本发明急冷器部分截面的侧视图。

图2是图1急冷器沿线2-2的横断面视图。

图3是管连接到和通过椭圆形集合管的透视图。

图4是连接器的外部件的横断面视图。

图5是连接器的内部件的横断面视图。

图6是连接器内部件沿图5线6-6的顶视图。

图7是图5的连接器部件沿线7-7的部分垂直横断面视图。

参考图1，急冷器10包括许多套管换热部件12，该部件依次包括套有外管16的运送加热炉流出气体的内管14。两个管之间的环运送冷却剂水/蒸汽混合物。管14和16的低端与椭圆形集合管18相连，而上端与类似的椭圆形集合管相连。

这些管与椭圆形集合管的连接清楚地显示在图3中。内管14完全穿过集合管，而外管16在该集合管处终止并与集合管内相通。如图1所示，冷却水经冷却剂入口集合管20和径向冷却剂管22提供给下集合管18，流过下集合管18进入管之间的环形空间并向上流入上集合管。冷却剂这时是加热过的蒸汽/水混合物，它从上集合管流出进入冷却剂出口集合管24。冷却气向上流过管14流入上出口室26并通过出口28排出。

使用18管排列说明本发明，最好见图2。该图显示了连接了部件12的环状椭圆形集合管18。图中显示出有许多水入口连接管22在集合管20和集合管18之间延伸连接。集合管20的水入口示于21。

本发明的急冷器最好用于使用了相对少量的高容量裂解盘管的裂解炉(未详细说明)。例如，该裂解炉可具有6个盘管，每个盘管高12米(40英尺)，每个盘管由许多装在单个内径为16.5厘米(6.5英寸)的出口管中的入口管形成。一个这样的盘管的流出物可在本发明的单个急冷器中急冷。急冷器一般具有16或更多个急冷管。

在急冷器下端的连接器30包括一个容器32，该容器形成了压力限制。围绕容器32边缘的法兰34安装在法兰36上。该容器32装有本发明的部件，该部件将气体分配到环状排列的管14中，并提供了扩散通道以减速、然后加速气体。

在容器内部有2个部件38和40，这两部件共同形成了流动通道。这些部件更详细地显示在图4和5中。外侧部件38的下部分包括一个向外一头逐渐变细的圆锥形扩散区42，以便流动面积增加，从而使向上流动的气体减速。部件38的上部分44与部件40一起提供了径向扩散和加速区。如图1所示，部件40安装并向下延伸在部件38的内部以形成流动通道。部件38和40优选由硬陶瓷如耐火氧化铝形成，但也可以由其他物质如高合金金属铸件形成。

位于部件40外围的是环部件46，如图6所示，该图是部件40的顶视图，有许多孔48延伸通过该环部件46，一个孔48对应一个管14。这样安排孔48以便使其与管14一致。环部件46的下外表面50与部件38的上表面52接合，在这2个部件之间有一个可热膨胀的垫圈，在连接器和管14之间没有垫圈。

如图1所示，这2个部件38和40位于容器32中，并由绝缘的可铸性耐火材料54包围，这些可铸性耐火材料54充满了部件38和40和容器32之间的空间。

当连接器按图1所示装配时，气体通道包括渐扩的圆锥形扩散段56，接着是进一步增加了流动面积的径向扩散段57。尽管径向扩散段的径向截面面积不可以增加很多，但实际上也可以有些减少，因为增加了圆周，所以圆周截面面积也随该段自中心向外延伸而增加。这些扩散段56和57之后是会聚段58。净效应是流动面积的平稳或单调的缩小，避免了将产生漩涡和结焦的不连续。因此，气体先在圆锥形扩散段56和径向扩散段57中减速，然后在环形会聚段58中再加速回到急冷管速度。平稳再加速的作用是避免流体分散，从而使死区中焦炭形成得最少，同时向各个急冷管提供均匀的流体分布。作为一个具体的实施例，对于流动面积的比为1.78，入口管的内径可以是16.5厘米(6.5英寸)，扩散段的出口内径可以是22.0厘米(8.7英寸)。然后在径向扩散段进一步增大流动面积，得到总的扩散段面积比(径向扩散段出口与圆锥形扩散段入口面积比)为4.9。随着气体加速进入管的环形上游流动面积减小，一般换热器有18个内径为4.8厘米(1.9英寸)的管，得到流动面积为径向扩散段出口的32％。

由于在没有死区的情况下流体被再加速，所以在每个管入口处的焦炭沉积最少，即使在这些管中沉积了焦炭，也不会明显地降低均匀流体分布。这是用空气动力效率分散/会聚通道替代常规转油线换热器入口的优点。使用本发明的分散/会聚通道的结果是大大地降低了入口的停留时间、均匀分布、降低结焦趋势，因此改善了收率和增加了运转时间。

Claims (4)

1.用于将裂解气体从裂解炉盘管加入到环状排列的隔开的急冷器热交换管中的连接设备，该连接设备包括渐扩的圆锥形入口扩散通道，接着是增加了流动面积的径向扩散通道和环状出口通道，该出口通道适合于进料给所述的热交换管，所述的出口通道具有这样的结构以致在流动方向上截面面积减小，从而形成一个逐渐会聚的出口段。

2.根据权利要求1的连接设备，其中所述连接设备包括外部件和支撑在该外部件上的内部件并在这2个部件之间形成了空间，外部件的一部分形成了所述的渐扩圆锥形入口扩散通道，所述的外部件和内部件之间的空间形成了径向扩散通道和环状出口通道。

3.根据权利要求2的连接设备，其中所述外部件和内部件包括硬的陶瓷材料。

4.根据权利要求2的连接设备，其中所述外部件和内部件包括金属铸品。

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