CN110420608B - 一种带有缠绕管式换热器的解聚系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有缠绕管式换热器的解聚系统，包括用于加热物料的换热装置、与换热装置的物料输出端相连的气液分离装置、与气液分离装置的气体输出端相连的解聚反应装置，其特征在于：所述换热装置包括有至少一台缠绕管式换热器。与现有技术相比，本发明能提高解聚率且能延长设备运行周期。

Description

一种带有缠绕管式换热器的解聚系统

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种带有缠绕管式换热器的解聚系统。

背景技术

传统的解聚系统多包括有普通换热器和解聚反应装置，如附图1所示，普通换热器多为列管式换热器3’，物料经过列管式换热器3’加热后进入解聚反应装置2’进行解聚反应。然而，由于列管式换热器3’效率低、流速慢、物料出口温度低、解聚反应转化率低，对于易发生解聚及聚合的物料，通常情况因普通换热器效率低只能选用加入循环油(一般是解聚反应装置底部出来的组分)与新鲜物料一起作为进料，而且只能是液相解聚，所用的加热介质温度较高，进而换热管壁温度高，造成换热管壁极易发生聚合、结焦。从列管式换热器3’的物料出口出来的热物料经过气液分离装置1’分离后的气体进入解聚反应装置2’进行解聚。

现有技术中，采用解聚系统进行解聚反应的设备及方法请参见申请号为CN201510691459.5的发明专利申请《一种碳九原料经气-液相解聚制备双环戊二烯的方法》(申请公布号为CN105399590A)，其公开的方法包括：将碳九原料经减压精馏切割后得到热解聚原料，预热并输送进入解聚釜R1内部；进行液相解聚后，得到气化物料，气化物料在解聚釜上部进行气相解聚反应，得到气相解聚物料；将气相解聚物料进列管式换热器并加热进行气相解聚，然后进入冷却换热器进行换热后降温，得到气、液相物流，进入精馏塔T1，精馏塔T1塔顶得到CPD，进入二聚反应器R2，二聚得到DCPD；DCPD进入精馏塔T2进行减压精馏，塔顶脱轻，塔釜脱重，即得双环戊二烯DCPD。但其在说明书中提到：该申请中解聚釜R1上部加热器采用中温导热油供热，气相物料发生部分解聚后由釜顶采出进入由高温导热油供热的换热器中，升温至290～310℃发生剧烈解聚反应，提高DCPD总体解聚率。但该高温气相解聚反应中，CPD等活性组分极容易爆聚生成难溶褐黄色颗粒，造成换热器堵塞，因此该气相解聚过程要求极短的停留时间。故而，该申请由于采用列管式换热器，且所用的加热介质温度较高，进而极易发生聚合反应堵塞换热管，影响整个设备的运行周期；且该申请采用的工艺过程较为复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能提高解聚率且能延长设备运行周期的带有缠绕管式换热器的解聚系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种带有缠绕管式换热器的解聚系统，包括用于加热物料的换热装置、与换热装置的物料输出端相连的气液分离装置、与气液分离装置的气体输出端相连的解聚反应装置，其特征在于：所述换热装置包括有至少一台缠绕管式换热器；

各缠绕管式换热器包括壳程筒体；设置在壳程筒体上的第一壳程接管、第二壳程接管，所述第一、第二壳程接管与壳程筒体间形成供第一加热介质流过的壳程；设置在壳程筒体两端上的第一管板、第二管板；设置在第一管板上的具有管程入口接管的第一管箱；设置在第二管板上的具有管程出口接管的第二管箱；设置在壳程筒体内的由内而外螺旋盘绕成具有多个管层的换热管，所述换热管的两端分别限位在第一管板、第二管板上，并分别与第一管箱、第二管箱相连通，形成供上述物料通过的管程。

优选的是，所述换热装置包括有一台缠绕管式换热器，该缠绕管式换热器的管程入口接管连接物料，管程出口接管连接上述气液分离装置的入口。选用单台缠绕管式换热器运行时，不仅可以提高物料的出口温度进而提高解聚率，而且可最大限度的节能降耗。

进一步地，所述换热装置还包括有列管式换热器，该列管式换热器具有供上述物料通过的管程和供第二加热介质通过的壳程，该列管式换热器的管程与上述缠绕管式换热器的管程相串接，所述缠绕管式换热器的管程入口接管通过该列管式换热器的管程连接物料。通过列管式换热器与缠绕管式换热器的串联，这样在清洗时只需清洗列管式换热器的芯体即可，大幅缩短了清洗周期；且出现以下三种情况之一时，列管式换热器与缠绕管式换热器的串联不会影响装置的生产及不会因工况波动对换热器造成严重堵塞：1)当负荷不稳定无法保证正常进料时；2)单台缠绕管式换热器需要切出清洗时；3)物料进料组成严重偏离设计条件时(特别是不饱和烃含量及组分增加)。

同样优选的是，所述换热装置包括有至少两台缠绕管式换热器，各缠绕管式换热器的管程相互串联或并联。

进一步地，所述换热装置包括有三台缠绕管式换热器，第一台缠绕管式换热器的管程与第二台缠绕管式换热器的管程并联后分别连接物料和气液分离器的入口；第三台缠绕管式换热器的管程与第一台缠绕管式换热的管程相串联；邻近各缠绕管式换热器的管程入口接管、管程出口接管处分别设有阀门。如此，通过控制各阀门的开合，可实现物料仅通过第一台或第二台缠绕管式换热器的管程，也可实现物料依次通过第三台与第一台缠绕管式换热器的管程，以便于操作者根据实际工况进行选择。且当某一台换热器出现故障时，通过控制阀门，能启用其它换热器而不影响正常使用。

本申请中缠绕管式换热器的管程入口接管处及供换热介质进入的第一或第二壳程接管处均设有温度及压力检测装置。

在上述方案中，为避免壳程内的流体偏流，所述管程入口接管的中心轴线与所述第一管箱及壳程筒体的中心轴线相重合。

由于管程入口接管处流体直冲，使得流速大且流量大，进入管板外圈流体的流速低、流量小。为了使流体能均匀分布，避免低流速区域的存在而形成结焦，改进，各管层的换热管的螺旋角度，即螺旋线与上述壳程筒体的中心轴线之间的夹角，从内侧管层至外侧管层逐渐减小。从而，单根换热管的流体压降逐渐减小，引导流体流向管板周边区域，提高管板周边区域流体的分布及流速。

在上述方案中，为便于疏通结焦介质，所述第一管箱内设有边缘集合环，该边缘集合环位于换热管的端部外侧，且贴合第一管箱的内壁设置，该边缘集合环之朝向换热管的端面上沿周向间隔凸设有若干个第一疏通管，该第一疏通管伸入外侧管层的换热管内；

或者，所述第一管箱内设有整体集合盘，该整体集合盘位于换热管的端部外侧，整体集合盘的边缘贴合第一管箱的内壁设置，该整体集合盘上间隔开设有若干个供物料穿过的通孔，且整体集合盘之朝向换热管的端面上间隔凸设有若干个第二疏通管，该第二疏通管伸入各管层的换热管内。

改进的是，所述第一疏通管或第二疏通管的外径与换热管的内径之比小于3/8。如此，疏通管能插入换热管内以初步疏通换热管内的同时，不影响换热管内流体的流动。

为均匀分布管程流体，所述通孔分布在以所述整体集合盘的中轴线为中心的若干个同心圆周线上；由内而外，同心圆周线上的通孔的密度逐渐增加。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过选用缠绕管式换热器，使得本申请适用于加热后发生解聚制取产品的解聚系统单元，即物料(原料)进入换热器加热到某个温度后会发生解聚反应(大分子物质解聚为小分子过程)，同时吸收热量，而解聚产物之间、产物与物料之间及物料与物料之间在一定温度以上将发生聚合反应，生成大分子化合物的过程。特别适用于碳九不饱和烃的加工、解聚系统，如DCPD解聚为CPD的解聚系统。此时的缠绕管式换热器还充当着反应器(解聚釜)的功能。现有技术中，虽然缠绕管式换热器已经是一种常规的换热器，但由于缠绕管式换热器清洗困难，使其在解聚系统中的应用受到限制，故而多选用便于清洗的列管式换热器进行加热。

且本申请的解聚系统简化了工艺流程，无需加入温度较高的循环油。与现有技术中仅选用列管式换热器相比，选用缠绕管式换热器后，在相同温度(305℃)的加热介质作用下，冷物料温度由原来的220℃，提升至260～275℃，同时解聚率大幅提高；运行周期从原来的30天，单台缠绕管式换热器支路可延长至12个月以上，两台缠绕管式换热器串联后可延长至18月以上(主要受第一台缠绕管式换热器限制)。且为实现与单台缠绕管式换热器相同的换热效果，两台缠绕管式换热器串联情况下，各台缠绕管式换热器内的换热管长度可缩短，缩短后其清洗时间大幅减小，进而便于清洗。单台缠绕管式换热器的一次投资费用相对低于两台换热器串联费用，但二台换热器联合使用，能使得解聚系统整体的投用周期大幅提升，不会因换热器堵塞而致使整个系统停工。

附图说明

图1为现有技术中解聚系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一的结构示意图；

图3为本发明实施例一中缠绕管式换热器的部分结构示意图；

图4为图3中边缘集合环的结构示意图；

图5为本发明实施例一中缠绕管式换热器另一状态下的部分结构示意图；

图6为图5中整体集合盘的结构示意图；

图7为本发明实施例一中换热管的螺旋结构示意图；

图8为本发明实施例二的结构示意图；

图9为本发明实施例三的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：

如图2～7所示，为本发明的一种带有缠绕管式换热器的解聚系统的优选实施例一，该解聚系统包括用于加热物料的换热装置、与换热装置的物料输出端相连的气液分离装置1、与气液分离装置1的气体输出端相连的解聚反应装置2，该换热装置包括有至少一台缠绕管式换热器4；

各缠绕管式换热器4包括壳程筒体41；设置在壳程筒体上的第一壳程接管42a、第二壳程接管42b，第一、第二壳程接管与壳程筒体41间形成供第一加热介质(加热介质可选用导热油、蒸汽等，加热介质的接入温度根据实际工况选择)流过的壳程；设置在壳程筒体41两端上的第一管板43、第二管板；设置在第一管板43上的具有管程入口接管45的第一管箱44；设置在第二管板上的具有管程出口接管的第二管箱；设置在壳程筒体41内的由内而外螺旋盘绕成具有多个管层的换热管46，换热管46的两端分别限位在第一管板43、第二管板上，并分别与第一管箱44、第二管箱相连通，形成供上述物料通过的管程。本实施例中，各缠绕管式换热器竖向设置，以节约占地面积，当然，也可采用横向放置。

上述缠绕管式换热器4可以为一台或一台以上，本实施例中，为减少投资费用，上述换热装置包括有一台缠绕管式换热器4，该缠绕管式换热器4的管程入口接管45连接物料，管程出口接管即换热装置的物料输出端连接上述气液分离装置1的入口；第一壳程接管42a连接加热介质，供加热介质进入，并与管程内的物料换热后从第二壳程接管42b出壳程。

本申请中的缠绕管式换热器4可参考现有的结构设计，均能满足本申请的要求。当然进一步地，为避免管程内的物料流体偏流，管程入口接管45的中心轴线与上述第一管箱44及壳程筒体41的中心轴线相重合。由于管程入口接管处流体直冲，使得流速大且流量大，不易结焦，而进入外侧管层区域流体的流速低、流量小，易结焦。为保证进入管程的物料流体能均匀分布，各管层的换热管46的螺旋角度α，即螺旋线与上述壳程筒体41的中心轴线之间的夹角，从内侧管层至外侧管层逐渐减小，进而能引导物料流向周边的外侧管层区域，提高周边区域流体的分布及流速，进而避免换热管46结焦。

为了能疏通结焦物质，进而进一步避免换热管46结焦堵塞，还设置有边缘集合环47或整体集合盘48，边缘集合环47及整体集合盘48的选用可根据缠绕管式换热器的具体结构而定，具体为：

第一管箱44内设有边缘集合环47，该边缘集合环47位于换热管46的端部外侧，且贴合第一管箱44的内壁设置，该边缘集合环47之朝向换热管46的端面上沿周向间隔凸设有若干个第一疏通管49a，该第一疏通管49a伸入外侧管层的换热管46内；如此，能疏通外侧管层的换热管46内的结焦物质，避免结焦物质堵塞换热管46；具体请参见图3和图4。

或者，第一管箱44内设有整体集合盘48，该整体集合盘48位于换热管46的端部外侧，整体集合盘48的边缘贴合第一管箱44的内壁设置，该整体集合盘48上间隔开设有若干个供物料穿过的通孔480，且整体集合盘48之朝向换热管46的端面上间隔凸设有若干个第二疏通管49b，该第二疏通管49b伸入各管层的换热管46内。如此，通孔480起分布管程流体的作用，引出的第二疏通管49b伸入每根换热管46内，以疏通结焦物质。具体请参见图5和图6。

本实施例中，在上述管程入口接管45的流通面积与第一管箱44的流通面积之比≥1/3的状态下，此时，管程入口接管45的流通面积相对较大，管程入口接管45处流体的流速大且流量大，对应的内侧管层的换热管不易结焦；而进入外侧管程的换热管46的流体流速低且流量小，易结焦，为避免外侧管程的换热管结焦堵塞，设置上述边缘集合环47。在上述管程入口接管45的流通面积与第一管箱44的流通面积之比＜1/3的状态下，此时，管程入口接管45的流通面积相对较小，需要重新分布管程流体，故而设置上述整体集合盘48。

当然，整体集合盘48及边缘集合环47的选用不限于上述的条件，使用者可根据需要及实际工况选择性使用或不使用整体集合盘48、边缘集合环47。

为了较好地疏通结焦物质且不影响物料进入换热管，第一疏通管或第二疏通管的外径与换热管的内径之比小于3/8。本实施例中，第一疏通管49a或第二疏通管49b的表面粗糙度为Ra≤1.6，外径为φ1～φ3；换热管的内径为大于8mm，疏通管用于初步疏通换热管内的结焦物质，然后通过清洗换热管来清除结焦物质，换热管的清洗可通过物理清洗、化学清洗等现有的清洗方式进行。为了均匀分布物料流体，通孔480分布在以整体集合盘48的中轴线为中心的若干个同心圆周线上；由内而外，同心圆周线上的通孔480的密度逐渐增加。进而能引导物料流向外侧管层区域。

本实施例中，解聚反应装置2包括有第一反应器21和第二反应器22，其中，第一反应器21和第二反应器22的进料口2a均连接气液分离装置1的气体输出端，顶部出料口2b得到的轻组分汇聚后连接下游，底部出料口2c得到的重组分通过各自的泵体5后汇聚并连接下游。

实施例二：

如图8所示，为本发明的一种带有缠绕管式换热器的解聚系统的优选实施例二，该解聚系统与实施例一中的解聚系统基本相同，区别在于本申请中的换热装置包括有至少两台缠绕管式换热器4，各缠绕管式换热器4的管程相互串联或并联，具体为：

换热装置包括有三台缠绕管式换热器4，第一台缠绕管式换热器401的管程与第二台缠绕管式换热器402的管程并联后分别连接物料和气液分离装置1的入口；第三台缠绕管式换热器403的管程与第一台缠绕管式换热器401的管程相串联；邻近各缠绕管式换热器4的管程入口接管45、管程出口接管处分别设有阀门6。

如此，通过仅打开第一台缠绕管式换热器401或第二台缠绕管式换热器402的管程入口接管、管程出口接管处的阀门6，能实现同实施例一的单台缠绕管式换热器一样的加热；通过仅闭合第二台缠绕管式换热器402的管程入口接管、管程出口接管处的阀门6，能实现第一台缠绕管式换热器401与第三台缠绕管式换热器403的串联，进而物料先进入第三台缠绕管式换热器403的管程，再进入第一台缠绕管式换热器401的管程进行加热。

实施例三：

如图9所示，为本发明的一种带有缠绕管式换热器的解聚系统的优选实施例三，该解聚系统与实施例一基本相同，区别在于本实施例中的换热装置还包括有列管式换热器3(同现有技术中列管式换热器的结构)，该列管式换热器3具有供上述物料通过的管程和供第二加热介质通过的壳程，该列管式换热器3的管程与上述缠绕管式换热器4的管程相串接，缠绕管式换热器4的管程入口接管45通过该列管式换热器3的管程连接物料。如此，物料先进入列管式换热器3的管程进行一次加热然后进入缠绕管式换热器4的管程进行二次加热。

当然，本申请中的缠绕管式换热器不限于以上公开的数量，可以是三台甚至更多台之间串联，出于费用及换热效率考虑，优选以上实施例公开的几种方案。使用者可根据实际工况进行选择。

Claims (10)

1.一种带有缠绕管式换热器的解聚系统，包括用于加热物料的换热装置、与换热装置的物料输出端相连的气液分离装置、与气液分离装置的气体输出端相连的解聚反应装置，其特征在于：所述换热装置包括有至少一台缠绕管式换热器；

各缠绕管式换热器包括壳程筒体；设置在壳程筒体上的第一壳程接管、第二壳程接管，所述第一、第二壳程接管与壳程筒体间形成供第一加热介质流过的壳程；设置在壳程筒体两端上的第一管板、第二管板；设置在第一管板上的具有管程入口接管的第一管箱；设置在第二管板上的具有管程出口接管的第二管箱；设置在壳程筒体内的由内而外螺旋盘绕成具有多个管层的换热管，所述换热管的两端分别限位在第一管板、第二管板上，并分别与第一管箱、第二管箱相连通，形成供上述物料通过的管程。

2.根据权利要求1所述的解聚系统，其特征在于：所述换热装置包括有一台缠绕管式换热器，该缠绕管式换热器的管程入口接管连接物料，管程出口接管连接上述气液分离装置的入口。

3.根据权利要求2所述的解聚系统，其特征在于：所述换热装置还包括有列管式换热器，该列管式换热器具有供上述物料通过的管程和供第二加热介质通过的壳程，该列管式换热器的管程与上述缠绕管式换热器的管程相串接，所述缠绕管式换热器的管程入口接管通过该列管式换热器的管程连接物料。

4.根据权利要求1所述的解聚系统，其特征在于：所述换热装置包括有至少两台缠绕管式换热器，各缠绕管式换热器的管程相互串联或并联。

5.根据权利要求4所述的解聚系统，其特征在于：所述换热装置包括有三台缠绕管式换热器，第一台缠绕管式换热器的管程与第二台缠绕管式换热器的管程并联后分别连接物料和气液分离器的入口；第三台缠绕管式换热器的管程与第一台缠绕管式换热的管程相串联；邻近各缠绕管式换热器的管程入口接管、管程出口接管处分别设有阀门。

6.根据权利要求1所述的解聚系统，其特征在于：所述管程入口接管的中心轴线与所述第一管箱及壳程筒体的中心轴线相重合。

7.根据权利要求1所述的解聚系统，其特征在于：各管层的换热管的螺旋角度，即螺旋线与上述壳程筒体的中心轴线之间的夹角，从内侧管层至外侧管层逐渐减小。

8.根据权利要求1所述的解聚系统，其特征在于：所述第一管箱内设有边缘集合环，该边缘集合环位于换热管的端部外侧，且贴合第一管箱的内壁设置，该边缘集合环之朝向换热管的端面上沿周向间隔凸设有若干个第一疏通管，该第一疏通管伸入外侧管层的换热管内；

或者，所述第一管箱内设有整体集合盘，该整体集合盘位于换热管的端部外侧，整体集合盘的边缘贴合第一管箱的内壁设置，该整体集合盘上间隔开设有若干个供物料穿过的通孔，且整体集合盘之朝向换热管的端面上间隔凸设有若干个第二疏通管，该第二疏通管伸入各管层的换热管内。

9.根据权利要求8所述的解聚系统，其特征在于：所述第一疏通管或第二疏通管的外径与换热管的内径之比小于3/8。

10.根据权利要求8所述的解聚系统，其特征在于：所述通孔分布在以所述整体集合盘的中轴线为中心的若干个同心圆周线上；由内而外，同心圆周线上的通孔的密度逐渐增加。