CN112648625B - 一种高温气体急速冷却的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温气体急速冷却的装置和方法，包括一个或多个相互连接在一起的圆筒状外壳，外壳外侧的夹套，至少位于第一外壳内部的内筒体，密封第一圆筒状外壳及第一圆筒状外壳内的内筒体顶部的隔热垫片，沿外壳的壁分布、连通夹套内腔与外壳内部的用于将夹套内液体分布到外壳内的内构件，设于隔热垫片上的高温气体入口，位于外壳底部或最后一个外壳底部的气液两相出口，与夹套内部连接的冷却液进出口。该方法可以取代过滤器及冷却器，有效降低含固体气体冷却堵塞的风险，使腐蚀气体的冷却能够更加安全可靠，使得装置能够长周期运行，同时提高了特殊材质的应用范围，其可以广泛应用于HCl氧化、裂解气及焚烧系统废气处理领域。

Description

一种高温气体急速冷却的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种高温气体急速冷却的装置和方法，可以适用于含固体的、强腐蚀性的气体，属于化工设备应用领域，尤其涉及一种急冷装置及流程，其可以广泛应用于HCl氧化、裂解气及焚烧系统废气处理领域。

背景技术

在异氰酸酯工艺中，氯平衡是影响产品成本的重要指标，目前处理HCl最常用的方法有：1)直接用碱液吸收，造成了氯资源的大量浪费；2)制造氯乙烯等产品，利润较低，产品没有竞争力；3)Deacon催化氧化方法，将HCl直接氧化成氯气，可以实现氯循环使用。CN101511728B介绍了这种方法。通过对此专利中的工艺及设备分析，高温反应气中含有HCl、Cl₂、O₂及水，需使用镍材及钽材换热器，才能满足高温腐蚀气体从400℃冷却到150℃的要求。因为镍基材质可以耐受高温HCl及Cl₂，但是不能耐受水析出，含酸液体对于镍基材质腐蚀严重，钽材可能耐受任意浓度的盐酸溶液，但是使用温度不能超过260℃。同时反应气中夹带的催化剂颗粒也容易造成管壳式换热器的堵塞，使得装置不能稳定运行。

针对以上的工艺难点，需寻求一种新的HCl氧化高温气体的冷却方法，替代目前传统的冷却方法，减少装置投资，增加装置运行的稳定性，以避免目前工艺中存在的设备投资高及换热器堵塞问题。

焚烧含氯等卤素的危险废物时，出焚烧炉的烟气温度为1100℃，有害物质基本被分解，但是在200-500℃的范围内微量有害物质可以重新合成，所以需要对烟气进行急速冷却，专利CN206234834U提供了一种急冷塔用于快速冷却高温强腐蚀性烟气，为延长塔使用寿命，急冷塔采用喷嘴在塔内壁上形成水膜，隔离高温烟气与塔体内壁，对塔体形成保护。此保护方法无法保证水膜的稳定性，因为水膜的厚度也受到高温气体速度的影响，一旦局部出现干壁，就会造成塔体不可逆的损坏，如不能及时发现可能会造成严重的安全事故。传统的内衬耐热胶泥的方法，在高低温不停切换的工艺条件下，开裂现象严重，且处于装置内部，不易被发现。CN208269684U公布了一种高温烟气急冷的设备，但是材质为石墨，许多工艺场合的应用受限。

针对以上的工艺难点，需寻求一种新的高温烟气的急冷方法，替代目前传统的冷却方法，避免目前工艺中存在的塔器干壁损坏及耐热胶泥开裂问题，保障装置安全运行，避免安全事故的发生。

发明内容

本发明提供一种高温气体急速冷却的装置和方法，可以适用于含固体的、强腐蚀性的气体，包括急冷装置及急冷装置应用所需要的流程。该方法可以克服换热器堵塞、取代过滤器及冷却器，有效降低含固体气体冷却堵塞的风险，使腐蚀气体的冷却能够更加安全可靠，使得装置能够长周期运行，同时克服特殊材质的应用受限问题，其可以广泛应用于HCl氧化、裂解气及焚烧系统废气处理领域。

为达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：一种高温气体急速冷却的装置，可以适用于含固体的、强腐蚀性的气体，包括：一个或多个相互连接在一起的圆筒状外壳(即第一至第n圆筒状外壳，n例如可以为1-6，优选2-3)，圆筒状外壳外侧的夹套，至少位于第一圆筒状外壳内部的内筒体，密封第一圆筒状外壳及第一圆筒状外壳内的内筒体顶部的隔热垫片，沿外壳的壁分布、连通夹套内腔与圆筒状外壳内部的用于将夹套内液体分布到圆筒状外壳内的内构件，设于隔热垫片上的高温气体入口，位于圆筒状外壳底部或最后一个圆筒状外壳底部(在多个圆筒状外壳连接在一起的情况下)的气液两相出口，与夹套内部连接的冷却液进出口。

进一步地，所述内构件是从夹套内腔穿过外壳筒壁的开孔，或开孔和与开孔连接的喷嘴。

上述装置可以分为一段或多段，优选为2-3段，其中以带有内筒体的圆筒状外壳为a段，以没有内筒体的圆筒状外壳为b段，组合方式可以是一个a段和一个b段组合使用(即a+b段组合使用)，也可以是一个a段和多个b段组合使用(即a+b+b+…段组合使用)，也可以是一个a段和一个b段的组合的循环(即a+b+a+b+a+b+……的使用方式)，例如1-3个循环。

进一步地，内构件可以是水膜产生部件，也可以是水雾产生部件或者二者的组合。水膜产生部件、水雾产生部件是根据功能区分的，都是喷头或者开孔，但是水雾产生部件对喷雾粒径要求高一些，所形成的是水雾，在带有内筒体的a段一般使用的是水膜产生部件，不带内筒体的b段主要使用的是水雾产生部件。a段是带内筒体的，内筒体的主要作用是将高温气体与圆筒状外壳隔绝，防止温度高于材质耐受温度造成圆筒状外壳的氢脆或腐蚀，与水膜产生部件共同作用形成稳定的水膜，作为圆筒状外壳的第二层保护。

a段与b段均由圆筒状外壳、外壳外侧的夹套、配置在该外壳的内构件组成，圆筒状外壳外侧的夹套通入冷却介质，对圆筒状外壳的壁面起到冷却作用，使得圆筒状外壳的壁面温度接近于冷却介质侧的温度，远低于高温气体的温度，对设备起保护作用。冷却介质直接通入到安装在圆筒状外壳上的内构件。内筒体作为圆筒状外壳的第二层保护，将高温气体与圆筒状外壳隔绝，内构件形成的水膜直接施加在内筒体的外壁上，内筒体与水膜产生部件共同作用形成稳定的水膜，防止温度高于材质耐受温度造成圆筒状外壳的氢脆或腐蚀。圆筒状外壳和内筒体的上下端均是开放的。

圆筒状外壳的直径一般为10-5000mm，优选是100-1000mm，更优是250-600mm，高度为0.4-2.5m，优选0.5-1.5m，内筒体高度、夹套高度与相应的圆筒状外壳的高度相同。圆筒状外壳与夹套之间的距离为5-100mm，优选为10-30mm。圆筒状外壳与内筒体之间的距离为1-100mm，优选为5-50mm。圆筒状的外壳厚度一般为1-100mm，优选是5-50mm，圆筒状外壳外侧的夹套厚度一般为1-100mm，优选是5-50mm，内筒体厚度一般为1-50mm，优选是2-10mm，如果圆筒状外壳、夹套采用衬材，衬材的厚度一般为0.05-10mm，优选是2-5mm。进入圆筒状外壳的气体初始气速为1-100m/s，优选是5-50m/s，更优选是15-50m/s；停留时间为0.01-5s，优选是0.05-1s，更优是0.1-0.5s；流量一般可以是10-1000000Nm³/h，冷却液与腐蚀性气体的体积流量比可以是1:10～5000。

上述内构件包括水膜产生部件，该水膜产生部件直接安装在圆筒状外壳上，在圆筒状外壳内部与内筒体共同作用形成一层水膜(覆盖在a段内筒体的外壁上和/或b段的圆筒状外壳的内壁上)使得外壳避免与高温气体直接接触，增加设备使用寿命。所述的水膜产生部件，可以是没有连接喷嘴的圆孔形或者条状开孔，或开孔连接有喷嘴，或开孔连接有喷嘴与未连接喷嘴的开孔的组合。

上述内构件包括水雾产生部件，该水雾产生部件可直接安装在圆筒状外壳上，也可以通过接管延伸至圆筒状外壳内部。该部件可以在圆筒状外壳内部形成雾幕，与高温气体快速混合，使得高温气体迅速冷却。所述的水雾产生部件，可以是没有连接喷嘴的圆孔形或者条状开孔，或开孔连接有喷嘴，或开孔连接有喷嘴与未连接喷嘴的开孔的组合。

水膜产生部件、水雾产生部件是根据功能区分的，但是水雾产生部件会对喷雾粒径要求高一些，在带有内筒体的a段一般使用的是水膜产生部件，不带内筒体的b段主要使用的是水雾产生部件。

高温气体急速冷却的装置的水膜产生部件及水雾产生部件所使用的喷嘴，要求的单个喷嘴的流量为10-1000L/min，优选为30-100L/min。喷雾粒径要求≤2000μm，优选是≤1000μm，更优选是≤500μm。压降要求控制在≤5bar范围内，优选是≤1.5bar，更优选是≤0.5bar。单个喷嘴的喷射角度可以为60-120゜，例如90゜，更优为120゜。喷嘴的安装位置可以均布在圆筒状外壳，也可以是安装在外壳内中心位置，喷嘴在圆筒状外壳的安装方向是与筒壁安装点水平切线方向成30゜-150゜，更优选是与筒壁安装点水平切线方向成60゜-120゜，与筒壁轴向方向成30゜-150゜，更优选是与筒壁轴向方向成60゜-120゜。要求喷嘴保证整个管道截面均匀覆盖。每个截面上的喷嘴个数是1-50个，优选是2-10个，喷嘴的层数可以是单层，也可以是多层，层数根据急冷装置的高度确定，各层间距要求为10-1000mm，优选是200-500mm。喷嘴不限于各种型式，可以是螺旋型喷嘴，也可以是广角型喷嘴，也可以是转角型喷嘴。

高温气体急速冷却的装置的水膜产生部件及水雾产生部件所使用的圆孔形或者条状开孔，开孔率≥0.05％，圆状及条状形开孔的当量直径≥0.5mm，优选为1-5mm。开孔的分布可以为均布，也可以为集中布置。开孔的分布可由水量和模拟计算得到，开孔的数量只要保证水膜或水雾能均匀分布即可。一般地，相邻的各个开孔之间的横向距离为5-100mm，优选为20-50mm；轴向距离为10-1000mm，优选为50-500mm，开孔数可由外壳的直径与高度决定，要求是保证圆筒状外壳内部水膜的均匀分布，或者水雾与高温气体充分混合。从圆孔形或者条状开孔射出的冷却液的的线速度为0.5-50m/s，优选为2-10m/s。压降要求控制≤5.0bar，优选是≤1.0bar，更优选是≤0.5bar。

上述高温气体急速冷却的装置的圆筒状外壳外侧的夹套通入冷却介质，对圆筒状外壳的壁面起到冷却作用，使得圆筒状外壳的壁面温度接近于冷却介质侧的温度，远低于高温气体的温度，对设备起保护作用，夹套内的冷却介质也是水膜产生部件及水雾产生部件的液体来源。上述急冷装置的内筒体，一方面对于温度高于材质耐受温度的气体起导入作用；另一方面将高温气体与圆筒状外壳隔绝，防止温度高于材质耐受温度造成圆筒状外壳的氢脆或腐蚀，与水膜产生部件共同作用形成稳定的水膜，水膜可以降低圆筒状外壳、内筒体的壁温，同时作用于第二段圆筒状外壳，降低第二段圆筒状外壳的壁温。内筒体作为圆筒状外壳的第二层保护。内筒体的下段直接与第二段圆筒状外壳或者管道、设备直接连通。

高温气体急速冷却的装置可以使用在含固体的气体急速冷却工艺中，气体中的固体的含量可以是0-10％，优选是0-1％，更优选是0-0.5％。固体的粒度可以是0.1-5000μm，优选是0.1-1000μm，更优选是0.1-500μm。同时也可以使用在腐蚀性的气体急速冷却工艺中，腐蚀性气体可以是光气、氯化氢、氯气、溴化氢、硫化氢、二氧化硫、三氟化硼、三氯化硼及氨，进入急冷装置的气体温度可以在1500℃-40℃之间。高温气体急速冷却的装置中圆筒状外壳、内筒体、夹套(也包括内构件如喷嘴)所使用材质的导热系数≥5W/m*K，优选为≥50W/m*K，更优为≥100W/m*K，材质可以是CS、316L、镍基、钽材，不推荐搪瓷、CS衬四氟等材质。壁温要求控制在材质的耐受范围内，优选是150-40℃。外壳外侧的夹套内的冷却介质，可以是热油、蒸汽凝液、熔盐、洗涤水、冷却水、冷冻水、工艺水、中和液中的一种，中和液可以是KOH或者NaOH溶液，优选是系统内的物料。

本发明进一步提供了包括上述装置的高温气体急速冷却系统，其包括如上所述的高温气体急速冷却的装置、气液分离设备、液体输送设备、移热设备，

其中，高温气体急速冷却的装置的出口通过管道连接气液分离设备的进口，气液分离设备具有气体出口和液体出口，气液分离设备分离出的液体经由液体输送设备(例如泵)送入移热设备(换热器)，出移热设备后返回至高温气体急速冷却的装置的夹套入口。

进一步地，气液分离设备下部或底部设有用于不定期排出外排液管道。

本发明还进一步提供了使用上述装置的高温气体急速冷却的方法，包括如下步骤：含固体强腐蚀性的高温气体进入高温气体急速冷却的装置，在第一圆筒状外壳内被进入该装置的液体(冷却液)急冷，任选进一步在下一阶段的圆筒状外壳内与进入该装置的液体迅速混合急冷，气液两相进入气液分离设备(此设备可以是储罐，也可以是塔)，冷却后的气相离开设备，液相一部分采出，一部分经冷却后返回到高温气体急速冷却的装置循环使用。冷却液与腐蚀性气体的体积流量比可以是1:10～5000，冷却液和腐蚀性气体的流速如上所述。

本发明的有益效果在于：

该方法可以克服换热器堵塞、取代过滤器及冷却器，有效降低含固体气体冷却堵塞的风险，使腐蚀气体的冷却能够更加安全可靠，使得装置能够长周期运行，同时克服特殊材质的应用受限问题，使得特殊材质能够应用在温度使用限以上。

附图说明

图1是一种用于高温气体急速冷却的装置的结构示意图，其中图1(a)为带有内筒体的a段，图1(b)是没有内筒体的b段。

图2是一种用于高温气体急速冷却的装置的结构示意图，包括一个a段和一个b段。

图3是一种用于高温气体急速冷却的装置的结构示意图。

图4是一种内构件的结构示意图。

图5是一种内构件的结构示意图。

图6是一种用于高温气体急速冷却的流程示意图。

上述附图中，001.圆筒状的外壳，002.外壳外侧的夹套，003.内筒体，004.分段法兰，005.隔热垫片，006.内构件，N01.高温腐蚀性气体入口，N02.气液两相出口，N03-N05.冷却液进出口，101.急冷装置，102.气液分离设备，103.液体输送设备，104.移热设备，201-207.连接管线。

说明：图1中的ab两段均由圆筒状外壳、外壳外侧的夹套、水膜产生部件及水雾产生部件组成；a段是带内筒体的，b段不带内筒体。组合方式可以是a+b段组合使用，也可以是a+b+b+…段组合使用，也可以是a+b+a+b+a+b+……的使用方式。

图4、图5只是列举了一种水膜及水雾产生部件及分布，本专利中明确的水膜产生部件及水雾产生部件不止这两种，凡是能够通过喷头及开孔形成稳定水膜及水雾的此种急冷装置均在本专利保护范围内。

具体实施方式

实施例1

使用如图2所示的急冷装置，由a+b两段组成。该急冷装置圆筒状外壳的直径为400mm，分为两段，第一段高度为1.0m，第二段高度为1.0m。每段的圆筒状外壳与夹套之间的距离为30mm，第一段有内筒体，第二段无内筒体，第一段圆筒状外壳与内筒体之间的距离为5mm，急冷装置的圆筒状外壳为钽材，外壳外侧的夹套内侧为CS衬钽，内筒体为钽材，喷头材质为钽材，圆筒状的外壳厚度为4mm，外壳外侧的夹套厚度为20mm，内筒体厚度为3mm，夹套内侧衬材的厚度为1.2mm。

第一段的圆筒状外壳的开孔(与夹套内部连通并穿过圆筒状外壳的壁)是如图4所示的圆孔状开孔，开孔率为0.5％，圆孔状开孔的直径为5mm，每层个数为25个，共13层，均匀分布在圆筒状外壳上，圆孔状开孔的线速度为4m/s，压降为80kPa，进入夹套的液体流量为40m³/h，温度为98℃。第二段的圆筒状外壳的内构件为喷嘴，通过穿过圆筒状外壳壁的开孔与夹套内部连通，用于将夹套内的液体喷入到圆筒状外壳内部，选型为广角型喷嘴，单个喷嘴的喷射角度为120゜，喷雾粒径为500um，压降为1.0bar，进入夹套的液体流量为40m³/h，温度为98℃。喷嘴的安装位置均布在圆筒状外壳，喷嘴在圆筒状外壳的安装方向与筒壁轴向方向成90゜，与筒壁安装点水平切线方向成90゜，每个截面上的喷嘴个数是3个，喷嘴的层数为三层，第二层喷嘴按照第一层喷嘴的排布顺时针转60゜，第三层喷嘴按照二层喷嘴的排布顺时针转60゜，保证高温气体无死角穿过三层喷嘴。第一段为导入段，带有内筒体，防止高温气体与圆筒状外壳直接接触，并且内筒体与圆筒状外壳之间会形成水膜，并对第二段的外壳内壁进行保护，防止高温气体接触外壳内壁。

进入急冷装置的高温气体，压力为0.42MPaG，温度为380℃，气量为4000Nm³/h，组成为HCl、Cl₂、H₂O及O₂，含固体颗粒0.5％，固体平均粒径为200μm，经过管线201通过管口N01进入急冷装置101，急冷装置101第一段为高温酸性气体的导入段，流量为40m³/h，温度为98℃的21％稀酸经过管线206，通过管口N03进入夹套002，夹套002中充满稀酸，对圆筒状外壳001进行冷却，稀酸通过圆筒状外壳上的圆状开孔，直接喷淋到内筒体外壁上并形成水膜，水膜对于一段及二段的圆筒状外壳内侧形成保护。高温腐蚀性气体进入急冷装置101第二段，流量为40m³/h且温度为98℃的21％稀酸经过管线205，通过管口N04进入夹套002，水雾产生部件喷嘴直接安装在圆筒状外壳上，稀酸经过夹套进入喷嘴，稀酸经喷嘴雾化后与高温酸性气体进行充分混合，迅速冷却至120℃左右，混合后的气液两相通过管口N02离开急冷装置101，经过管线202进入设备102进行气液分离，低温气体经过管线203进入后面的设备，液相经管线204进入动设备103进入换热器104进行冷却至98℃，经过管线205及206进入急冷装置的夹套，进而进入急冷装置的外壳内部。

此急冷装置连续运行了三个月，并且钽材在380℃高温下并无氢脆。同时替代了原有工艺中的镍基换热器及钽材换热器，简化了流程及操作。

实施例2

使用如图3所示的急冷装置，由a+b+b段组成。该急冷装置圆筒状外壳的直径为2000mm，分为三段，第一段高度为0.5m，第二段高度为1m，第三段高度为0.5m，各段的连接方式为焊接。每段圆筒状外壳与夹套之间的距离为50mm，第一段有内筒体，第二三段无内筒体，圆筒状外壳与内筒体之间的距离为5mm，急冷装置的圆筒状外壳为304，外壳外侧的夹套内侧为304，喷头材质为304，内筒体材质为304，圆筒状的外壳厚度为5mm，外壳外侧的夹套厚度为15mm，内筒体厚度为1.5mm。

第一段的圆筒状外壳的内构件为喷嘴，通过穿过圆筒状外壳壁的开孔(直径与所选喷嘴直径相当)与夹套内部连通，用于将夹套内的液体喷射到内筒体外壁上，选型为广角型喷嘴，单个喷嘴的喷射角度为120゜，喷雾粒径为800μm，压降为1.5bar。喷嘴的安装位置均布在圆筒状外壳，喷嘴在圆筒状外壳的安装方向与筒壁轴向方向成90゜，与筒壁安装点水平切线成90゜，每个截面上的喷嘴个数是10个，喷嘴的层数为两层。第二段的圆筒状外壳的内构件为喷嘴，通过穿过圆筒状外壳壁的开孔与夹套内部连通，用于将夹套内的液体喷入到圆筒状外壳内部，选型为螺旋型喷嘴，单个喷嘴的喷射角度为120゜，喷雾粒径为800μm，压降为1.5bar。喷嘴的安装位置均布在圆筒状外壳，喷嘴在圆筒状外壳的安装方向与筒壁安装点水平切线方向成90゜，与筒壁轴向方向成120゜，每个截面上的喷嘴个数是10个，喷嘴的层数为四层。第三段圆筒状外壳的内构件为广角型喷嘴，单个喷嘴的喷射角度为120゜，喷雾粒径为800μm，压降为1.5bar，喷嘴的安装位置为圆筒状外壳中心位置。第一段为导入段，第二段为冷却段，第三段为保护段，防止中心温度较高。

进入急冷装置的高温气体，压力为0.005MPaG，温度为490℃，气量为500000Nm³/h，组成为水、乙烯、乙烷、丙烷、丙烯及丁二烯，通过管线201进入急冷装置101，急冷装置101第一段为导入段，流量为800m³/h、温度为150℃的急冷油经过管线206，通过管口N03进入夹套002，夹套002中充满急冷油，对圆筒状外壳001进行冷却，急冷油通过圆筒状外壳上的喷头，直接喷淋到内筒体上并形成冷却油膜，油膜对于一段及二段的圆筒状外壳内侧形成保护。第二段为冷却段，150℃的急冷油经过管线205，流量为1750m³/h，通过急冷装置的夹套及圆筒状外壳上的喷嘴，急冷油经雾化后与高温气体混合，气体迅速冷却至240℃。高温气体进入急冷装置101第三段，150℃的急冷油经过管线205，流量为50m³/h，通过夹套进入喷嘴，急冷油经雾化后与高温中心气体进行充分混合，确保高温气体中心的冷却效果，经过管线202进入设备102进行气液分离，低温气体经过管线203进入后面的设备，液相经管线204进入动设备103进入换热器104进行冷却至150℃，经过管线205及206进入急冷装置的夹套，进而进入急冷装置的外壳内部。换热器可以产低压蒸汽作为能量回收。

此急冷装置可以取代目前的裂解气冷却过程中的急冷塔，简化了流程，减少了设备投资，同时保证了冷却效果。

对比例1

高温气体，压力为0.42MPaG，温度为380℃，气量为4000Nm³/h，组成为HCl、Cl₂、H₂O及O₂，含固体颗粒0.5％，固体平均粒径为200um，经过镍基管壳式换热器冷却至180℃，然后进入钽材管壳式换热器冷却至120℃，进入气液分离设备。反应气中夹带的催化剂颗粒容易造成管壳式换热器的堵塞，使得装置不能稳定运行，如果镍基换热器出现过冷状态，就会出现液体，造成镍基换热器的腐蚀。

对比例2

高温气体，压力为0.005MPaG，温度为490℃，气量为500000Nm³/h，组成为水、乙烯、乙烷、丙烷、丙烯及丁二烯，经过不设置夹套的b段急冷装置，圆筒形外壳的厚度为5mm，长度为2.0m，圆筒状外壳的内构件为喷嘴，选型为螺旋型喷嘴，单个喷嘴的喷射角度为120゜，喷雾粒径为800um，压降为1.5bar。喷嘴的安装位置均布在圆筒状外壳，喷嘴在圆筒状外壳的安装方向与筒壁轴向方向成90゜，与筒壁安装点水平切线成90゜，每个截面上的喷嘴个数是10个，喷嘴的层数为四层。流量为1750m³/h，温度为150℃的急冷油经过管线，通过圆筒状外壳上的喷嘴，急冷油经雾化后与高温气体混合，气体冷却至240℃。此工艺条件下由于无夹套内急冷油的冷却会导致壁面温度较高，同时由于没有水膜形成的内构件，没有水膜对于圆筒状外壳进行保护，无法保证圆筒形外壳的壁面温度均一性，易形成局部热点，造成设备的损坏，减少设备寿命。

Claims (23)

1.一种高温气体急速冷却的装置，其特征在于，其包括：一个或多个相互连接在一起的圆筒状外壳，外壳外侧的夹套，至少位于第一圆筒状外壳内部的内筒体，密封第一圆筒状外壳及第一圆筒状外壳内的内筒体顶部的隔热垫片，沿外壳的壁分布、连通夹套内腔与圆筒状外壳内部的用于将夹套内液体分布到圆筒状外壳内的内构件，设于隔热垫片上的高温气体入口，位于圆筒状外壳底部或最后一个圆筒状外壳底部的气液两相出口、与夹套内部连接的冷却液进出口；

所述内构件是从夹套内腔穿过外壳筒壁的开孔，或者是开孔和与开孔连接的喷嘴。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置分为一段或多段，其中以带有内筒体的圆筒状外壳为a段，以没有内筒体的圆筒状外壳为b段，组合方式是一个a段和一个b段组合使用，或是一个a段和多个b段组合使用，或是一个a段和一个b段的组合的循环。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置分为2-3段。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，圆筒状外壳的直径为10-5000mm，高度为0.4-2.5m，内筒体高度、夹套高度与相应的圆筒状外壳的高度相同；

圆筒状外壳与夹套之间的距离为5-100mm；

圆筒状外壳与内筒体之间的距离为1-100mm；

圆筒状外壳厚度为1-100mm，圆筒状外壳外侧的夹套厚度为1-100mm，内筒体厚度为1-50mm。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，圆筒状外壳的直径为250-600mm，高度为0.5-1.5m；

圆筒状外壳与夹套之间的距离为10-30mm；

圆筒状外壳与内筒体之间的距离为5-50mm；

圆筒状外壳厚度为5-50mm，圆筒状外壳外侧的夹套厚度为5-50mm，内筒体厚度为2-10mm。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，圆筒状外壳、夹套采用衬材，衬材的厚度为0.05-10mm。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，衬材的厚度为2-5mm。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，进入圆筒状外壳的气体初始气速为1-100m/s；

停留时间为0.01-5s；

气体流量是10-1000000Nm³/h，冷却液与气体的体积流量比是1:10～5000。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，进入圆筒状外壳的气体初始气速为5-50m/s；

停留时间为0.05-1s。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，进入圆筒状外壳的气体初始气速为15-50m/s；

停留时间为0.1-0.5s。

11.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，内构件为没有连接喷嘴的圆孔形或者条状开孔，或开孔连接喷嘴，或与开孔连接的喷嘴与未连接喷嘴的开孔的组合。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，单个喷嘴的流量为10-1000L/min；喷嘴的喷雾粒径≤2000μm；压降控制在≤5bar范围内；单个喷嘴的喷射角度为60-120゜；和/或

喷嘴均布在圆筒状外壳或安装在外壳内中心位置，喷嘴在圆筒状外壳的安装方向是与筒壁安装点水平切线方向成30゜-150゜，与筒壁轴向方向成30゜-150゜；和/或

每个截面上的喷嘴个数是1-50个，喷嘴的层数是单层或多层，层数根据急冷装置的高度确定，喷嘴各层间距要求为10-1000mm。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，单个喷嘴的流量为30-100L/min；喷嘴的喷雾粒径≤1000μm；压降控制在≤1.5bar；和/或

喷嘴在圆筒状外壳的安装方向是与筒壁安装点水平切线方向成60゜-120゜，与筒壁轴向方向成60゜-120゜；和/或

每个截面上的喷嘴个数是2-10个，喷嘴各层间距要求为200-500mm。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，压降控制在≤0.5bar。

15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，圆孔形或者条状开孔的开孔率≥0.05％，圆状及条状开孔的当量直径≥0.5mm；分布为均布或集中布置。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，圆状及条状开孔的当量直径为1-5mm。

17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，从圆孔形或者条状开孔射出的冷却液的线速度为0.5-50m/s，压降≤5.0bar。

18.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，从圆孔形或者条状开孔射出的冷却液的线速度为2-10m/s，压降≤0.5bar。

19.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：制造该装置的圆筒状外壳、内筒体、夹套、喷嘴的材质的导热系数≥5W/m*K，材质选自CS、316L、镍基、钽材。

20.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：制造该装置的圆筒状外壳、内筒体、夹套、喷嘴的材质的导热系数≥50W/m*K。

21.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于：制造该装置的圆筒状外壳、内筒体、夹套、喷嘴的材质的导热系数≥100W/m*K。

22.包括权利要求1-21中任一项所述的装置的高温气体急速冷却系统，其包括所述高温气体急速冷却的装置、气液分离设备、液体输送设备、移热设备，

其中，高温气体急速冷却的装置的出口通过管道连接气液分离设备的进口，气液分离设备具有气体出口和液体出口，气液分离设备的液体出口经由液体输送设备送入移热设备，出移热设备后返回至高温气体急速冷却装置的夹套入口。

23.使用权利要求1-21中任一项所述的装置的高温气体急速冷却的方法，包括如下步骤：含固体腐蚀性的高温气体进入高温气体急速冷却的装置，在第一圆筒状外壳内被进入该装置的液体急冷，进一步在下一阶段的圆筒状外壳内与进入该装置的液体迅速混合急冷，气液两相进入气液分离设备，冷却后的气相离开设备，采出一部分液相，另一部分液相经冷却后返回到高温气体急速冷却的装置循环使用，其中，所述含固体腐蚀性的高温气体的温度为40℃-1500℃，气体中的固体的含量是0-10％。

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