CN1149310A - 急冷器 - Google Patents

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Abstract

一种用来急冷来自裂化炉的流出物的急冷器或输送线换热器，它在裂化炉管与将流体分成多个分支的急冷器之间有一个入口连接件。流动通道的结构能先将气体减速然后将其再加速。它包括一个锥形扩散器段和随后的逐渐变小和分支的会聚段。横截面的平滑转变避免了死空间(即流动分离区)，并且使压力损失达到最小。

Description

急冷器
发明背景
本发明涉及用来急冷来自烃裂化炉的流出物的新的热交换器即急冷器。更具体地说，本发明涉及裂化炉管与急冷器或输送线换热器管的之间的管接头。
在通过烃原料在蒸汽存在下的热裂化生产轻烯烃(乙烯、丙烯、丁二烯和丁烯)和相关的芳族化合物(苯、甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯)过程中，裂化反应会因为裂化炉流出物的迅速冷却即急冷而中止。急冷时间是以百分之一秒测量的并且具有将炉出口组成“冻结”在其瞬时值以免烯烃产物被连续的二次反应降解的目的。在市场上根据待冷却的裂化气体的数量、裂化炉流出物结垢的趋势和将要产生的蒸汽的压力/温度条件有多种不同的急冷器设计。这些设计的范围可以从常规固定管板壳体和管式热交换器到套管设计。
人们知道，对于任何给定的裂化炉操作条件，可以通过尽快地降低离开裂化炉的气体的温度而使得烯烃的收率达到最大并使得急冷器结垢达到最少。这就要求急冷器的位置尽可能地与裂化炉出口接近、使得急冷器入口段的体积达到最小和使得冷却段的表面积与体积之比达到最大。后一要求暗示，多个小急冷器管比单一的大直径排布更好。
在先有技术中有一种称为SHG输送线换热器的急冷器(Schmidt′sche Heissdampf-Gesellschaft mbH)采用了多个套管的平行排布，其中各急冷管被携带水-蒸汽混合物的同心外管所环绕。通过水平的扁圆形总管给内管与外管之间的环隙提供锅炉水。关于这一点可以参见德国专利说明书DE2551195。另一采用这种套管排布并带有外管的扁圆形总管的先有技术专利是美国专利4,457,364。该专利公开了具有来自裂化炉的气体入口和用于裂化炉和急冷器之间的传递的两个或形成Y字或三支路的三个分流分支的分配器。正如所述，该冷却尚未开始时的转变在使后续反应和不合需要的焦炭沉淀最小化方面是关键性的。还在美国专利4,457,364中，流过接头的横截面区基本上是均匀的，以便在整个分配器中达到基本上恒定的气体流速。该分配器也可以在横截面区直到分支管的横截面积之和与入口的横截面积之和的比为2∶1之处为分支的。
发明概要
在裂化炉出口与通到急冷器管的入口之间的急冷器的入口段或连通管将流体分开成多个分支，并设计用来将入口段停留时间减少到最小。为了使气体均匀地分配到在管线内排布的多个急冷管中，将流动通道构造成首先能有效地将离开裂化炉的气体减速然后将该气体再加速至急冷器冷却管速度。更具体地说，在接头中有一个的锥形分流扩散器段将气体减速然后有一个逐渐变小的和分支的会聚段在气体送入急冷器管的同时将其再加速。随着在流动方向上的单调区(monotonicarea)的变化，横截面转变是平滑的(空气动力学)，使得动压力得以恢复，避免了死空间(即流动分离区)，并且使压力损失达到最小。
附图简述
图1是急冷器的侧视图，其中带有包含本发明内容的局部剖视图。
图2是图1的急冷器沿2-2线的截面视图。
图3是与连接并通过扁圆形总管的管子接头的透视图。
图4是图1中的急冷器的部分横截面端视图。
优选实施方案的描述
参见图1，急冷器10包括数个套管热交换器元件12，该元件又包括被外管16环绕的携带裂化炉流出物气体的内管14。两管之间的环隙携带冷却剂水/蒸汽混合物。管14和16的底端连接到扁圆形总管18上，而上端连接到扁圆形总管20上。
图3详细地描述了管子与扁圆形总管的连接。内管14完全通过总管，而外管16却终止于总管中并与总管的内部相通。如图1所示，冷却水通过冷却剂入口连接件22和24供给到底部总管18中，它流过底部总管，进入管子之间的环隙空间，流入上部总管20中。冷却剂(这里是加热蒸汽/水混合物)从总管20流出通过出口连接件26和28。向上流过管道14的冷却气体流入上部出口腔30通过出口32排出。
尽管可以采用其它排布，本发明用16管排布来加以说明，这可从图2清楚地看出。该图示出了两个扁圆形总管18，每个总管连接八个管组，互相连结。每个扁圆形总管上有两个水入口连接件，标为22，22a，24和24a。两个总管18相互连接并通过例如焊接的方式与周围的板34连接起来。板34的四周是用来安装入口连通管(下文将加以描述)的法兰。上部扁圆形总管20是用类似方法安装的，包括用来将法兰40连接到上部出口腔30上的法兰38。
本发明的急冷器可以最有利地用于采用较多低容量裂化盘管的裂化炉(未示出)中。例如这样的裂化炉可以具有24个盘管，每个盘管高12米(40英尺)，每个盘管都是由四个套在一个10厘米内径(4英寸)的出口管中的5厘米(2英寸)内径的管子形成。来自四个这样的盘管的流出物可以在单一的本发明的急冷器中急冷。所示的本发明的实施方案将来自各裂化炉盘管和出口管(四个裂化炉入口管)的流出物送入四个急冷器管子中。急冷器有十六个急冷器管，因而可以操作四个裂化炉盘管(十六个入口管)。
在急冷器底端的入口腔42包括一个形成压力边界的容器即桶44。围绕着该入口腔容器的边缘的法兰46用通过螺栓48与法兰36相连。所述容器中装有高温耐火材料50，它的中间有本发明的形状独特的内部气体通道52，54，56和58。这些气体通道是通过位置适当的填充料形成的，在耐火材料定位之后再将其去除。例如，可以将填充料溶解或从耐火材料中烧掉。或者气体通道可以铸造形成或者由金属例如高镍铬合金形成，如图4的53所示。在这种情况下，只需将耐火材料倒在所形成的通道周围便可。
在本发明所述的实施方案中，各气体通道52，54，56和58分叉为四个分支60，62，64和66。各分支连接到单一的急冷管14上。每个气体通道都包括第一分流锥形扩散器部分68，接着是包含支路的会聚部分70。锥形分流部分68可以在图1和4的两个视图中看出。会聚部分不那么容易看出，因为该部分开始时在一个平面上分流(图1)分出支路，而在另一平面上会聚(图4)。这一在一个平面上的分流而在另一平面上会聚的组合的净效果是流动区的平滑或单调会聚。避免了会引起旋涡和焦化的不连续性。因此，在锥形扩散器中气体先被减速，然后被再加速至急冷器管速。平滑的再加速起着避免流动分离的作用，从而在为各急冷器管提供均匀流动分布的同时使得在死区中形成的焦炭达到最小。作为一个具体的实例，对于2.25的流动区比，各入口管的内径可以是10.16cm(4英寸)，扩散器的出口的内径可以是15.24cm(6英寸)。对于0.56的流动区比，15.24cm(6英寸)最大直径随后被会聚到四个5.7cm(2.25英寸)的管子上。
由于流动是在没有死区的情况下再加速的，所以各管子入口处的焦炭沉积达到最少。即使焦炭沉积在管子里面，均匀流动分布之间的偏差也明显降低。这是使用空气动力学有效分流/会聚通道而不使用常规输送线换热器入口或者美国专利4,457,364所述的分流分叉或恒定区的优点。在后一种情况下，Y字型或三分支的流动分离与对输送线换热器管的不均匀分配是很可能发生的。使用本发明的分流/会聚通道的结果是均匀分布和焦化趋势降低，因而提高了收率并增加了运转周期。

Claims (5)

1.用来将来自裂化炉盘管的裂化气送入急冷器的热交换管中的连接装置，所述连接装置包含众多的流动通路，每一个通路都包括一个分散锥形入口扩散器通道，接着是分叉为多个个体出口通道的出口段，每一个所述出口通道为所述热交换管之一送料，所述出口段的构型应使得横截面流动区域在流动方向上均匀减小，从而形成了总体会聚的出口段。
2.如权利要求1所述的连接装置，其中所述出口段包括至少四个出口通道。
3.如权利要求1所述的连接装置，其中所述连接装置含有陶瓷绝缘材料，并且所述通路是在所述陶瓷材料中形成的。
4.如权利要求3所述的连接装置，其中在所述陶瓷材料中的所述通路带有金属衬里。
5.如权利要求1所述的连接装置，其中所述入口通道与所述出口通道之一的直径比为2∶1。
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