CN101278165A - 换热器 - Google Patents

Abstract

冷却离开反应单元/装置的高温气体的换热器，包括联结反应单元/装置的联结元件(A)、气体输送与冷却管(B)和覆盖壳体(C)。

Description

换热器

技术领域

本发明涉及换热器。

本发明尤其涉及快速冷却高温气体的换热器。

本发明更尤其涉及冷却来自轻质烃催化部分氧化的合成气体(合成气)的换热器，轻质烃例如是甲烷，轻质烃催化部分氧化被称为催化部分氧化(CPO)。

背景技术

已知的是合成气(包含不同比例的H₂和CO的气态混合物)的制备能够由来自精炼厂或石化设备的天然气(甲烷或气态/液态烃混合物)在固定床管状反应器中的催化部分氧化来完成，根据所用的催化剂，固定床管状反应器能够在1-150atm的压力下和高于500℃的温度下操作，在某些情况下，温度可达到和超过1000℃。

在反应单元的出口处进行合成气的快速冷却是不可忽略的必要处理，这是由于如果该气体保持在那些温度下，即便是在短时期内，也会产生不希望出现的副产品，例如乙醇或烯烃(大致为乙烯和丙稀)，或者甚至再生起始甲烷(starting methane)。在例如专利US2,896,927和US4,377,132或者ALSTOM小册子“Syngas Cooler Systems forGasification Plants(气化车间的合成气冷却器系统)”的文献中提到了快速冷却处在高温下的气体的系统。一些方法和相关设备包括利用水(淬火)直接冷却气体。但是这种方案存在必须从形成的水汽中分离冷却的合成气的缺陷。

其它工业系统由用于生产高压蒸汽的间接冷却的设备组成，其允许回收包含在合成气中的热量。

发明内容

本发明的目标涉及有效且快速间接冷却应用中的合成气的装置，在该应用中出于工程简易性或经济性原因，不需要进行气体显热的热回收。例如在中小规模系统中的氢生产中。

申请人因而提供了一种换热器，其特别适于在高于500℃的温度下的气体的快速冷却，例如温度在750℃和1100℃之间，该换热器使得能够避免热气体和通常是水的冷却液体之间的任何接触。

因此本发明的目标涉及用于离开反应单元/装置的高温气体快速冷却的换热器，其包括联结到反应单元/装置的联结元件、气体冷却与输送管以及覆盖壳体，其中：

a)大体为圆筒形的联结元件位于反应单元和换热器壳体之间，它借助通常是水的冷却流体在内部冷却，并且借助通过管与来自反应单元的热气体的供送线路轴向连接；

b)热气体的输送与冷却管固定到联结元件的基座上，联结元件的基座在通过管处与反应单元连接，所述热气体输送与冷却管由两段组成：

-大体为直线形的第一段在同轴位置插入覆盖该第一段的、具有较大直径的第二管中，从而形成环形中空空间，通常是水的冷却流体在其中流动，所述第一段的一端形成联结元件的通过管；

-以连续的方式固定到第一段另一端的第二段大体是半圆曲线形的，该第二段在不与其接触的情况下螺旋包围至少部分被包套的所述第一段；

c)覆盖壳体大体是圆筒形的，一端封闭而另一端敞开，它与所述联结元件连接，并且至少包括用于排放冷却液体的开口和被冷却气体的开口。

根据本发明，联结元件由通过管轴向穿过，与反应装置连接，例如用于生产500-1100℃温度下的合成气的CPO反应器。

覆盖热气体输送管第一段的外管在一端与一个或多个专用的冷却液体供送管连接，所述供送管穿过联结元件。而且，联结元件由在其轴线方向上供送冷却液体的管单独冷却。所述流体在从内向外经过螺旋路径之后，通过与该元件自身侧表面连接的开口从该元件排放出。

在本发明的替代实施方式中，在联结元件内部流通的冷却流体(用于单独冷却)能够排放到容纳在换热器壳体中的容积内。

覆盖第一段的第二管的另一端是自由的并以大体成半圆形的弯曲段结束，从而冷却液体能够在流入两根管之间的夹套之后在相反的方向自由流出进入壳体的封闭空间。

壳体容积内液体的路径由与轴线正交的挡板导向，挡板还用于两段气体输送管的支撑。

输送与冷却管的第二段在没有间断的情况下基本连续到第一段并以螺旋状延伸。为了节省空间，该螺旋管优选在不与其接触的情况下包围被覆盖管的第一段。但是该螺旋管也可以在第一段的下游延伸。

输送管的另一端，也即螺旋段的端部连接至存在于壳体上的开口，该开口将被冷却气体排出作为本发明目标的换热器。

壳体具有大体为圆筒形的形状，其基座直径大致等于联结元件的直径并且大于螺旋管的直径。这样，壳体在其内部空间中包括第一和第二段的管系统。壳体的空间充满冷却液体，冷却液体由换热器经过适当的排放开口排放。在本发明的替代实施方式中，预定用于冷却联结元件的流通液体也会聚到壳体空间中。全部的液体从作为本发明目标的换热器中经过位于壳体上的适当开口排出。无论是以第一还是第二替代实施方式操作，第一和第二段的管系统都完全浸入到冷却液体中。

附图说明

通过参照附图的图解，能够更好地理解作为本发明目标的换热器，附图描绘示例性的且是非限制性的实施方式，其中：

图1图示整个换热器的纵向平面剖视图；

图2图示根据截面zz产生的图1所示图解的前视平面图。

具体实施方式

参照附图，作为本发明目标的换热器包括联结元件A、气体输送与冷却管系统B和壳体C。

联结元件A还包括运送冷却流体(水)的管1和2(这些冷却流体聚集到同轴管7中)以及单独冷却联结元件的冷却管4，其将水送至螺旋管4′的中心，水由此经管5排出。

气体输送与冷却管系统B包括第一段管6、包套第一管段的同轴管7和第二段螺旋管8。第一段管6依次包括与元件A的轴向通过管一致的第一端3，和第二弯曲端3′。同轴管7从第一端3开始直到弯曲端3′包套第一段。在这一端3′同轴管不封闭，以允许水排放到壳体内部，正如下面将要描述的。

壳体C包括被冷却气体的排放开口9、水的排放开口10和两段气体输送管的支撑挡板11。

基于附图和上述内容，作为本发明目标的换热器的操作将会很明显。尤其是，借助联结元件A的通过管3将离开反应单元(未示出)的热气体12导入换热器。气体流入冷却与输送管B的第一段6并继而进入第二段8，然后在低温下经过气体排放开口9排出。当流经第一段6时，气体经历由通过管1和2送入的水所产生的第一快速冷却，水在管6和7之间的环形中空空间内流通，直到端3′。这里，水自由流入壳体的封闭空间并将其充满，这些水还冷却流经冷却管段8的气体并且从开口10排出。

在操作期间，为了防止联结元件的过热，借助由管4和排放管5组成的特定系统对其进行冷却，管4将水送至以螺旋形延伸的系统4′。

Claims (8)

1.用于快速冷却离开反应单元/装置的高温气体的换热器，包括联结反应单元/装置的联结元件(A)、气体冷却与输送管(B)和覆盖壳体(C)，其中：

a)大体为圆筒形的联结元件(A)位于反应单元和换热器壳体(C)之间，所述联结元件借助通常是水的冷却流体在内部冷却，并且借助通过管(3)与来自反应单元的热气体(12)的供送管线轴向连接；

b)热气体的输送与冷却管(B)固定到联结元件(A)的基座上，联结元件(A)的基座在通过管(3)处与反应单元连接，所述热气体输送与冷却管由两段组成：

-大体为直线形的第一段(6)在同轴位置插入包套该第一段的、具有较大直径的第二管(7)中，从而形成环形中空空间，通常是水的冷却流体在所述空间中流动，所述第一段的一端(3)形成联结元件的通过管；

-以连续的方式固定到第一段(6)另一端(3′)的第二段(8)大体是半圆曲线形的，该第二段在不与被覆盖的第一段(6)接触的情况下螺旋包围至少部分所述第一段(6)；

c)覆盖壳体(C)大体是圆筒形的，其一端封闭而另一端敞开，所述壳体与所述联结元件连接，并且至少包括用于排放冷却液体的开口(10)和排放被冷却气体的开口(9)。

2.如权利要求1所述的换热器，其中包套热气体输送管(B)第一段(6)的外管(7)在一端与一个或多个专用的冷却液体供送管(1，2)连接，所述供送管穿过联结元件(A)。

3.如权利要求1或2所述的换热器，其中联结元件(A)包括沿轴线供送冷却液体的独立管(4)，所述冷却液体在从内向外经过螺旋路径(4′)之后通过与所述联结元件自身侧面连接的开口(5)排出。

4.如前述任一权利要求所述的换热器，其中覆盖第一段(6)的第二管(7)的另一端是自由的并且以曲线段的形式结束，从而冷却液体能够在流入两根管之间的夹套中之后，在相反的方向自由流出到壳体的中空空间内。

5.如前述任一权利要求所述的换热器，其中冷却与输送管的第二段(8)在没有间断的情况下基本连续到第一段并以螺旋状延伸。

6.如前述任一权利要求所述的换热器，其中输送管的另一端，也即螺旋段的一端与用于将被冷却后气体排出换热器的壳体上的开口(9)连接。

7.如前述任一权利要求所述的换热器，其中壳体(C)具有大体圆筒形的形状，其基座直径大致等于联结元件的直径并且大于螺旋管的直径。

8.如前述任一权利要求所述的换热器，其中壳体(C)在其内部空间中容纳第一和第二段的管系统，所述空间充装有冷却液体，该冷却液体经过适当的排放开口(10)从换热器排出。

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