CN101162129B - 利用裂解气余热的方法及所使用的气-气自换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用醋酸或丙酮等原料经裂解制备乙烯酮及其衍生物的生产领域中的利用裂解气余热的方法。该方法由裂解炉出来的高温裂解气，通过气-气自换热器逆流换热，裂解原料液经原料汽化器汽化后的原料蒸汽被高温裂解气预热，成为原料过热气后再进入裂解炉产生高温裂解气送入气-气自换热器进行逆流换热。本发明还公开了该方法采用的气-气自换热器。通过本发明公开的利用裂解气余热的方法及其气-气自换热器，将温度较高的裂解气预热原料气，实现裂解气余热的综合利用，从而达到了明显的节能效果。

Description

利用裂解气余热的方法及所使用的气-气自换热器
技术领域
本发明涉及一种利用裂解气余热的方法，特别是公开一种采用醋酸或丙酮等原料经裂解制备乙烯酮及其衍生物的生产领域中裂解气余热利用的方法及所使用的气-气自换热器。
背景技术
据调查，在采用醋酸或丙酮等原料，经裂解制备乙烯酮及其衍生物的生产领域中，从裂解炉出来的裂解气，目前普遍采用空气冷却、水冷却等措施将其冷却下来。从裂解炉出来的裂解气温度较高，采用空气冷却、水冷却等措施时，不仅换热效率低，而且这部分高温裂解气的热量被白白浪费掉了。国际上比较大的生产厂商，采用了一种高效率的激冷器，提高了水冷却高温裂解气的换热效率，但仍然存在将裂解气的高温能量用循环水移走，然后循环水又被空气冷却，从而将裂解气的高温能量耗散的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是：针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种利用裂解气余热的方法，以节约能源消耗。
本发明所要解决的技术问题之二是提出一种上述方法所使用的气-气自换热器。
作为本发明第一方面的一种利用裂解气余热的方法，其特征在于，由裂解炉出来的高温裂解气，通过气-气自换热器逆流换热，裂解原料液经原料汽化器汽化后的原料蒸汽被高温裂解气预热，成为原料过热气后再进入裂解炉产生高温裂解气送入气-气自换热器进行逆流换热。
为了有效利用裂解气的余热来预热进口原料气，裂解气与被预热的原料气之间宜保持足够的温差。同时，由于裂解气中可能析出炭或其他聚合物，为保证装置较长周期的安全运行，需要合理设计换热器的形式。为了有效实施本发明，裂解气温度需保持在300℃以上，最好不低于500℃，裂解气宜走管程，而原料蒸汽则从下部进入气-气自换热器、从气-气自换热器上部离开。
作为本发明第二方面的气-气自换热器，为单根直通式自换热器，所述单根直通式自换热器由一直管构成的内管及其外夹套管组成，所述内管的长度L≥15DN，其中DN为所述内管的公称直径；在所述外夹套管上开设有原料蒸汽入口和原料过热气出口。
作为本发明第二方面的气-气自换热器，由两根直通式换热器和大半径180°U型弯头串联而成，所述单根直通式自换热器由一直管构成的内管及其外夹套管组成，所述大半径180°U型弯头将两根内管连通；在所述每根直通式自换热器的外夹套管上开设有原料蒸汽入口和原料过热气出口，其中一根外夹套管上的原料过热气出口与另一根外夹套管上的原料蒸汽入口连通；所述内管的长度L≥15DN，大半径180°U型弯头的半径R≥5DN；其中DN为所述内管的公称直径。
在本发明的气-气自换热器的直通式换热器的内管之外、外夹套管之内，设置有若干个翅片式多孔环形板和圆锥台形多孔导流筒；所述翅片式多孔环形板垂直于内管壁，且翅片式多孔环形板的内缘紧贴于内管上，外缘与外夹套管内壁之间有5～50mm间隙；所述圆锥台形多孔导流筒的流道收缩方向与外夹套管内的流体整体流动方向保持一致，圆锥台形多孔导流筒外缘紧贴外夹套管内壁，圆锥台形多孔导流筒的内缘与内管外壁之间有5～50mm间隙。
在本发明的圆锥台形多孔导流筒的锥台侧面上开设有一定数量的小孔，在翅片式多孔环形板的圆环区域内开设有一定数量的小孔。
所述翅片式多孔环形板以及圆锥台形多孔导流筒的设置及其开孔设计，根据允许的阻力降和换热要求，按照流体流动和传热的理论进行计算和设计。如同列管式换热器的安装那样，所述翅片式多孔环形板以及圆锥台形多孔导流筒可以采用拉杆或定距杆等组合成为一个整体进行安装和固定。
所述翅片式多孔环形板和圆锥台形多孔导流筒在外夹套管内的流体整体流动方向上间隔排列。
采用本发明提出的气-气自换热方法及其设备，将温度较高的裂解气预热原料气，实现了裂解气余热的综合利用，从而达到了明显的节能效果，能耗下降5％～20％。
附图说明
图1为本发明裂解气余热利用方法的流程示意图。
图2为本发明气-气自换热器一种实施方式的结构示意图。
图3为本发明气-气自换热器另一种实施方式的结构示意图。
图4为本发明的圆锥台形多孔导流筒结构示意图。
图5为本发明的翅片式多孔环形板结构示意图。
图中：1-原料汽化器，2-单根直通式自换热器，3-圆锥台形多孔导流筒，4-翅片式多孔环形板，5-内管，6-外夹套管，7-大半径180°U型弯头，8-裂解炉，61-原料蒸汽入口，62-原料过热气出口，31-小孔，41-小孔，L为单根内管管段长度，R为大半径180°U型弯头的弯曲半径，即弯头管中心至U型弯头圆心的距离。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式来进一步描述本发明。
参见图1，利用裂解气余热的方法，首先原料液进入原料汽化器1经过原料汽化器1汽化后，原料蒸汽从气-气自换热器2的外夹套管6下部的原料蒸汽入口61进入，而由上部的原料过热气出口62离开后进入裂解炉8。从裂解炉8出来的高温裂解气，温度为500℃～800℃，从气-气自换热器2的内管5进入，与原料蒸汽气逆流换热后进入后续工序。
参见图2，气-气自换热器2的一种结构形式是，该气-气自换热器2为单根直通式自换热器，单根直通式自换热器由一直管构成的内管5及其外夹套管6组成，内管的长度L≥15DN，其中DN为内管5的公称直径；在外夹套管6上开设有原料蒸汽入口61和原料过热气出口62。
参见图3，气-气自换热器2的另一种结构形式是，由两根直通式换热器和大半径180°U型弯头7串联而成，单根直通式自换热器2由一直管构成的内管5及其外夹套管6组成，大半径180°U型弯头7将两根内管5连通；在每根直通式自换热器2的外夹套管6上开设有原料蒸汽入口61和原料过热气出口62，其中一根外夹套管6上的原料过热气出口62与另一根外夹套管6上的原料蒸汽入口61连通；内管的长度L≥15DN，大半径180°U型弯头的半径R≥5DN。其中DN为内管5的公称直径。
气-气自换热器2是采用图2所示的形式，还是采用图3所示的形式，在具体实施中根据需要的换热面积确定，如实施例中采用图3所示的形式，则L＝60DN，R＝10DN。
参看图2和图3，在气-气自换热器2的直通式换热器的内管5之外、外夹套管6之内，在外夹套管6内的流体整体流动方向上间隔设置有若干个翅片式多孔环形板4和圆锥台形多孔导流筒3。
翅片式多孔环形板4垂直于内管壁，且其内缘紧贴于内管5上，外缘与外夹套管6内壁之间有5～50mm间隙，比较好取25mm。参看图5，在翅片式多孔环形板4的圆环区域内开设有一定数量的小孔41。
圆锥台形多孔导流筒3的流道收缩方向与外夹套管6内的流体整体流动方向保持一致，圆锥台形多孔导流筒3外缘紧贴外夹套管6内壁，内缘与内管5外壁之间有5～50mm间隙，比较好取25mm。参看图5，在圆锥台形多孔导流筒3的锥台侧面上开设有一定数量的小孔，在翅片式多孔环形板的圆环区域内开设有一定数量的小孔31。
翅片式多孔环形板4以及圆锥台形多孔导流筒3的设置及其开孔设计，根据允许的阻力降和换热要求，按照流体流动和传热的理论进行计算和设计。如同列管式换热器的安装那样，所述翅片式多孔环形板以及圆锥台形多孔导流筒可以采用拉杆或定距杆等组合成为一个整体进行安装和固定。
本具体实施方式运用后发现，能耗下降约18％。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (14)

1.一种利用裂解气余热的方法，其特征在于，由裂解炉(8)出来的高温裂解气，通过气-气自换热器(2)逆流换热，裂解原料液经原料汽化器(1)汽化后的原料蒸汽被高温裂解气预热，成为原料过热气后再进入裂解炉(8)产生高温裂解气送入气-气自换热器(2)进行逆流换热。
2.根据权利要求1所述的利用裂解气余热的方法，其特征在于，所述高温裂解气温度保持在300℃以上。
3.根据权利要求1所述的利用裂解气余热的方法，其特征在于，所述高温裂解气走管程的温度不低于500℃。
4.根据权利要求1所述的利用裂解气余热的方法，其特征在于，所述原料蒸汽从下部进入气-气自换热器、从气-气自换热器上部离开。
5.一种权利要求1所述的利用裂解气余热的方法所使用的气-气自换热器，其特征在于，其为单根直通式自换热器，所述单根直通式自换热器由一直管构成的内管(5)及其外夹套管(6)组成，所述内管(5)的长度L≥15DN，其中DN为所述内管(5)的公称直径；在所述外夹套管(6)上开设有原料蒸汽入口(61)和原料过热气出口(62)；
所述直通式换热器的内管(5)之外、外夹套管(6)之内，设置有若干个翅片式多孔环形板(4)和圆锥台形多孔导流筒(3)；所述翅片式多孔环形板(4)垂直于内管(5)壁，且翅片式多孔环形板(4)的内缘紧贴于内管(5)上，外缘与外夹套管(6)内壁之间有5～50mm间隙；所述圆锥台形多孔导流筒(3)的流道收缩方向与外夹套管(6)内的流体整体流动方向保持一致，圆锥台形多孔导流筒(3)外缘紧贴外夹套管(6)内壁，圆锥台形多孔导流筒(3)的内缘与内管(5)外壁之间有5～50mm间隙。
6.根据权利要求5所述的气-气自换热器，其特征在于，在所述圆锥台形多孔导流筒(3)的锥台侧面上开设有一定数量的小孔(31)，在翅片式多孔环形板(4)的圆环区域内开设有一定数量的小孔(41)。
7.根据权利要求5所述的气-气自换热器，其特征在于，所述翅片式多孔环形板(4)以及圆锥台形多孔导流筒(3)采用拉杆或定距杆组合成为一个整体进行安装和固定。
8.根据权利要求7所述的气-气自换热器，其特征在于，所述翅片式多孔环形板(4)和圆锥台形多孔导流筒(3)在外夹套管(6)内的流体整体流动方向上间隔排列。
9.根据权利要求7所述的气-气自换热器，其特征在于，所述翅片式多孔环形板(4)的外缘与外夹套管(6)内壁之间有25mm间隙；所述圆锥台形多孔导流筒(3)的内缘与内管(5)外壁之间有25mm间隙。
10.一种权利要求1所述的利用裂解气余热的方法所使用的气-气自换热器，其特征在于，由两根直通式换热器和大半径180°U型弯头(7)串联而成，所述单根直通式自换热器由一直管构成的内管(5)及其外夹套管(6)组成，所述大半径180°U型弯头(7)将两根内管(5)连通；在所述每根直通式自换热器的外夹套管(6)上开设有原料蒸汽入口(61)和原料过热气出口(62)，其中一根外夹套管(6)上的原料过热气出口(62)与另一根外夹套管(6)上的原料蒸汽入口(61)连通；所述内管(5)的长度L≥15DN，大半径180°U型弯头(7)的半径R≥5DN；其中DN为所述内管的公称直径；
所述直通式换热器的内管(5)之外、外夹套管(6)之内，设置有若干个翅片式多孔环形板(4)和圆锥台形多孔导流筒(3)；所述翅片式多孔环形板(4)垂直于内管(5)壁，且翅片式多孔环形板(4)的内缘紧贴于内管(5)上，外缘与外夹套管(6)内壁之间有5～50mm间隙；所述圆锥台形多孔导流筒(3)的流道收缩方向与外夹套管(6)内的流体整体流动方向保持一致，圆锥台形多孔导流筒(3)外缘紧贴外夹套管(6)内壁，圆锥台形多孔导流筒(3)的内缘与内管(5)外壁之间有5～50mm间隙。
11.根据权利要求10所述的气-气自换热器，其特征在于，在所述圆锥台形多孔导流筒(3)的锥台侧面上开设有一定数量的小孔(31)，在翅片式多孔环形板(4)的圆环区域内开设有一定数量的小孔(41)。
12.根据权利要求10所述的气-气自换热器，其特征在于，所述翅片式多孔环形板(4)以及圆锥台形多孔导流筒(3)采用拉杆或定距杆组合成为一个整体进行安装和固定。
13.根据权利要求10所述的气-气自换热器，其特征在于，所述翅片式多孔环形板(4)和圆锥台形多孔导流筒(3)在外夹套管(6)内的流体整体流动方向上间隔排列。
14.根据权利要求10所述的气-气自换热器，其特征在于，所述翅片式多孔环形板(4)的外缘与外夹套管(6)内壁之间有25mm间隙；所述圆锥台形多孔导流筒(3)的内缘与内管(5)外壁之间有25mm间隙。
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