CN204111681U - 一种蒸汽裂解模拟实验装置及其急冷器 - Google Patents
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Abstract
一种蒸汽裂解模拟实验装置及其急冷器，该蒸汽裂解模拟实验装置包括裂解炉、急冷器和水冷器，急冷器包括：第一冷却器、第二冷却器和连接管，第一冷却器、第二冷却器分别包括壳体和安装在所述壳体内的裂解气管路，所述裂解气管路包括裂解气入口和裂解气出口，所述壳体包括冷却水入口和冷却水出口，所述壳体与所述裂解气管路之间为冷却水流动空间，第一冷却器的裂解气入口与裂解炉出口连接；第二冷却器的裂解气出口与水冷器入口连接；连接管，包括互相连接且具有一夹角的第一连接管和第二连接管，分别与第一、第二冷却器的裂解气管路同轴设置并分别与第一冷却器的裂解气出口及第二冷却器的裂解气入口连通。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种蒸汽裂解模拟实验装置，特别是一种用于裂解炉流出物的蒸汽裂解模拟实验装置及其急冷器。
背景技术
乙烯是石油化学工业的主要产品之一，乙烯装置生产的三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)和三苯(苯、甲苯、二甲苯)是石油化学工业的基础原料。乙烯产量的高低是衡量一个国家石油化学工业发展水平的重要标志。制取乙烯的方法很多，目前，世界上98％的乙烯来自石油烃类管式炉蒸汽裂解，是生产乙烯的主要技术。随着乙烯装置规模的大型化，为了装置的平稳运行，降低成本，降低能耗和物耗，提高经济效益。需要蒸汽裂解模拟实验装置来模拟优化工业裂解炉操作参数，优化裂解炉运行状况。
急冷器是蒸汽裂解模拟实验装置的重要设备之一。从裂解炉辐射段中出来的高温裂解气为750～900℃，经过急冷器迅速冷却，温度可以降到200～300℃，再经过第1级水冷器和第2级水冷器，最后经过半导体制冷器冷却到3～5℃，分离出裂解气中的重组分(裂解汽油、轻燃料油、重燃料油和水等)。急冷器的急冷时间以毫秒计，能够瞬间“冷却”裂解炉出口组分，以终止二次反应，同时尽可能分离出裂解气中的轻组分、重组分，并将裂解气中的稀释蒸汽冷凝下来。众所周知，对于任何给定的裂解炉操作条件，通过尽可能快地减低离开裂解炉气体的温度可以使轻质烯烃的收率最大。
高温裂解气在急冷器冷却过程中，会发生结焦生碳反应，增加管道阻力压降，严重时，会堵塞管道，影响模拟装置的正常实验操作运行，必须停炉烧焦清焦。目前，蒸汽裂解模拟实验装置的急冷器一般为单段急冷器，通常体积较大，当清焦时，拆卸操作不方便，操作工作强度大。另外，工业裂解炉一般为两段式急冷工艺，蒸汽裂解模拟实验装置的急冷与此有差异，会影响裂解炉模拟效果的准确性和有效性。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种蒸汽裂解模拟实验装置及其急冷器，以提高裂解炉模拟效果的准确性和有效性。
为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于蒸汽裂解模拟实验装置的急冷器，其中，包括：
第一冷却器，包括第一壳体和安装在所述第一壳体内的第一裂解气管路，所述第一裂解气管路包括第一裂解气入口和第一裂解气出口，所述第一壳体包括第一冷却水入口和第一冷却水出口，所述第一壳体与所述第一裂解气管路之间为冷却水流动空间，所述第一裂解气入口与所述蒸汽裂解模拟实验装置的裂解炉出口连接；
第二冷却器，包括第二壳体和安装在所述第二壳体内的第二裂解气管路，所述第二裂解气管路包括第二裂解气入口和第二裂解气出口，所述第二壳体包括第二冷却水入口和第二冷却水出口，所述第二壳体与所述第二裂解气管路之间为冷却水流动空间，所述第二裂解气出口与所述蒸汽裂解模拟实验装置的水冷器入口连接；
连接管，包括互相连接的第一连接管和第二连接管，所述第一连接管与所述第一裂解气管路同轴设置并与所述第一裂解气出口连通，所述第二连接管与所述第二裂解气管路同轴设置并与所述第二裂解气入口连通，所述第一连接管的轴线与所述第二连接管的轴线具有一夹角。
上述的急冷器，其中，所述夹角为140度-160度。
上述的急冷器，其中，所述夹角为150度。
上述的急冷器，其中，所述第一冷却器水平设置，所述第二冷却器倾斜设置。
上述的急冷器，其中，所述第一冷却水入口设置在所述第一壳体的下侧并靠近所述第一裂解气出口，所述第一冷却水出口设置在所述第一壳体的上侧并靠近所述第一裂解气入口。
上述的急冷器，其中，所述第二冷却水入口设置在所述第二壳体的下侧并靠近所述第二裂解气出口，所述第二冷却水出口设置在所述第二壳体的上侧并靠近所述第二裂解气入口。
上述的急冷器，其中，所述第一连接管与所述第二连接管的连接处还设置有用于测定裂解气温度的测温管。
上述的急冷器，其中，所述第一连接管与所述第二连接管的连接处还设置有用于对裂解气取样分析的取样管。
上述的急冷器，其中，所述第一冷却器和第二冷却器的长度为400-700mm，所述第一裂解气入口和第二裂解气入口的直径为5-15mm，所述第一壳体和第二壳体的外径为40-60mm，所述连接管的长度为150-250mm。
为了更好地实现上述目的，本实用新型还提供了一种蒸汽裂解模拟实验装置，包括顺序连接的原料进料装置1、裂解炉和产物分离装置，所述产物分离装置包括互相连接的急冷器和水冷器，其中，所述急冷器为上述的急冷器。
本实用新型的有益功效在于：
1)能更好地模拟工艺装置的工艺流程；
2)由于裂解气结焦集中在第一急冷器中，需要经常进行清焦操作，简捷急冷器的设置，使清焦操作更加快捷、方便；
3)两段急冷器中间设置温度指示报警，可以在停冷却水情况下报警并进一步停止试验进行，从而保护了后处理系统，确保装置安全平稳操作；
4)新增设了测温管或取样管，可以灵活地进行高温裂解气直接取样分析，实现了裂解炉出口产物的全组成分析，为进一步开展工业应用或相关基础研究提供了可能。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的蒸汽裂解模拟实验装置结构示意图；
图2为本实用新型一实施例的急冷器结构示意图；
图3为本实用新型一实施例的第一(第二)冷却器结构示意图；
图4为图3的A-A剖视图；
图5为图3的B-B剖视图；
图6为图3的剖视图；
图7为本实用新型一实施例的测温管安装示意图；图8为本实用新型一实施例的测温管剖视图。其中，附图标记
1 原料进料装置
11 原料油罐
12 原料进料泵
13 水罐
14 水泵
2 裂解炉
3 产物分离装置
31 急冷器
311 第一冷却器
3111 第一壳体
3112 第一裂解气管路
3113 第一裂解气入口
3114 第一裂解气出口
3115 第一冷却水入口
3116 第一冷却水出口
3117 冷却水流动空间
312 第二冷却器
3121 第二壳体
3122 第二裂解气管路
3123 第二裂解气入口
3124 第二裂解气出口
3125 第二冷却水入口
3126 第二冷却水出口
3127 冷却水流动空间
313 连接管
3131 第一连接管
3132 第二连接管
θ 夹角
314 测温管
3141 开口
315 热电偶
32 旋风分离器
33 水冷器
34 焦油罐
35 冰冷器
36 流量计
4 烧焦空气阀门
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
参见图1，图1为本实用新型一实施例的蒸汽裂解模拟实验装置结构示意图。本实用新型的蒸汽裂解模拟实验装置，包括顺序连接的原料进料装置1、裂解炉2和产物分离装置3，原料进料装置1包括原料油罐11、原料进料泵12、水罐13和水泵14，为裂解反应提供原料油和水；裂解炉2为裂解原料高温裂解反应器，用于将裂解原料加热到750～900℃高温并进行热裂解反应；产物分离装置3包括急冷器31、水冷器33(本实施例中包括第一水冷器和第二水冷器)、旋风分离器32、冰冷器35、焦油罐34及流量计36等，用于将裂解产物进行冷凝分离成气液两相，并进行收集和计量。急冷器31的功用是将高温裂解气体进行骤冷，从800～900℃降低到200～300℃。因该蒸汽裂解模拟实验装置其他部分的结构、连接关系及位置关系、功用及工作原理等均为较成熟的现有技术，故在此不做赘述，下面仅对本实用新型的急冷器31予以详细说明。
参见图2-图6，图2为本实用新型一实施例的急冷器结构示意图，图3为本实用新型一实施例的第一(第二)冷却器结构示意图，图4为图3的A-A剖视图，图5为图3的B-B剖视图，图6为图3的剖视图。本实用新型的急冷器31，主要解决以往蒸汽裂解模拟实验装置中存在的单段急冷器31体积大，结焦清焦时拆卸操作不方便以及急冷温度无法控制等问题。高温裂解气温度为750℃～900℃，急冷器31出口裂解气体温度为200～300℃，符合蒸汽裂解模拟实验装置要求。该急冷器31包括：
第一冷却器311，包括第一壳体3111和安装在所述第一壳体3111内的第一裂解气管路3112，所述第一裂解气管路3112包括第一裂解气入口3113和第一裂解气出口3114，所述第一壳体3111包括第一冷却水入口3115和第一冷却水出口3116，所述第一壳体3111与所述第一裂解气管路3112之间为冷却水流动空间3117，所述第一裂解气入口3113与所述蒸汽裂解模拟实验装置的裂解炉2出口连接，其中，裂解炉2管为形如多个“U”型连接金属中空炉管，每个“U”型即为一个辐射段，所述第一裂解气入口3113与最右边的“U”形管即裂解炉2最后一个辐射段(本实施例中为第7辐射段)的出口连接。本实施例中，优选所述第一冷却水入口3115设置在所述第一壳体3111的下侧并靠近所述第一裂解气出口3114，所述第一冷却水出口3116设置在所述第一壳体3111的上侧并靠近所述第一裂解气入口3113；
第二冷却器312，包括第二壳体3121和安装在所述第二壳体3121内的第二裂解气管路3122，所述第二裂解气管路3122包括第二裂解气入口3123和第二裂解气出口3124，所述第二壳体3121包括第二冷却水入口3125和第二冷却水出口3126，所述第二壳体3121与所述第二裂解气管路3122之间为冷却水流动空间3127，所述第二裂解气出口3124与所述蒸汽裂解模拟实验装置的水冷器33入口连接，即所述第二裂解气出口3124和第一水冷器33的换热管入口连接，优选所述第二冷却水入口3125设置在所述第二壳体3121的下侧并靠近所述第二裂解气出口3124，所述第二冷却水出口3126设置在所述第二壳体3121的上侧并靠近所述第二裂解气入口3123；
连接管313，包括互相连接的第一连接管3131和第二连接管3132，所述第一连接管3131与所述第一裂解气管路3112同轴设置并与所述第一裂解气出口3114连通，所述第二连接管3132与所述第二裂解气管路3122同轴设置并与所述第二裂解气入口3123连通，所述第一连接管3131的轴线与所述第二连接管3132的轴线具有一夹角θ，其中，所述夹角θ可为140度-160度，优选为150度。优选所述第一冷却器311水平设置，所述第二冷却器312倾斜设置。
本实施例中，所述第一冷却器311和第二冷却器312的长度为400-700mm，优选长度为600mm，所述第一裂解气入口3113和第二裂解气入口3123的直径为5-15mm，优选直径为10mm，所述第一壳体3111和第二壳体3121的外径为40-60mm，优选外径为50mm，所述连接管的长度为150-250mm，优选长度为200mm。
参见图7及图8，图7为本实用新型一实施例的测温管安装示意图，图8为本实用新型一实施例的测温管剖视图。本实施例中，所述第一连接管3131与所述第二连接管3132的连接处还设置有用于测定裂解气温度的测温管314。通过在第一冷却器311和第二冷却器312之间设置测温管314可以测量该段裂解气的温度，具体测温过程为：高温裂解气(750～900℃)从裂解炉2的第7辐射段出口流出，进入第一冷却器311入口，在第一冷却器311和第二冷却器312中进行骤冷，高温裂解气在两个冷却器311、312中温度下降到200～300℃。在连接管313中有高温热气流经过，裂解气的热量传给测温管314的金属外壁，热量通过金属管壁传到测温管314的金属内表面，再传递给设置在测温管314内的热电偶315，从而实现裂解气温度的测定，以监控急冷器31的冷却效果。另外，所述第一连接管3131与所述第二连接管3132的连接处还可设置用于对裂解气取样分析的取样管(图未示)。
本实用新型的急冷器31为圆筒形夹套式结构，裂解气走管程，冷却水走壳程，冷热物流呈错流形式流动。两个冷却器311、312通过连接管313连接，连接管313为弯管结构，弯管角度为150°，该连接管313的左端与第一冷却器311的右端用螺纹连接；连接管313的右端与第二冷却器312的左端也用螺纹连接。在第一连接管3131与第二连接管3132连接处与第一连接管3131平行设置一个测温管314，该测温管314优选为中空金属套管，一端封闭，另一端设置有开口3141，测温管314的长度优选为100～150mm，内径优选为5～10mm，可将热电偶315插入测温管314内，以便测出两个冷却器311、312之间裂解气的温度，以进行温度指示报警，即在裂解模拟实验进行期间，如果出现停止给急冷器31供应冷却水时(即急冷器31断水)，急冷器31将不能正常运行，裂解气的温度高，将影响后续分离工序的进行。通过设置的测温管314，可及时了解急冷器31的运行情况，若出现温度指示高时(例如＞300℃)，控制台可及时停止试验进行，从而保护了后处理的产物分离装置3，确保整个装置安全平稳操作。
原料在裂解炉2的管路中进行高温热裂解反应生成裂解气时，裂解气中的低碳烯烃和重质焦油组分在高温条件下，容易聚合结焦生碳，从而在裂解炉2管路内壁和急冷器31的管程(即裂解气管路)内壁中沉积大量焦炭，使炉管管壁热阻增加、导热率降低，能耗增加；同时生成的焦炭使裂解炉2管内径变小，裂解气压降增大、产物烯烃产率降低；另外，急冷器31的管程内壁结焦，会堵塞急冷器31，急冷器31不能正常运行，影响裂解气产物的分离，因此，必须对裂解炉2的管路和急冷器31分别进行清焦。
裂解炉2管路的清焦原理是利用水蒸气和空气中的氧与焦碳反应气化而达到清焦的目的。具体清焦过程为，关闭原料进料泵12，裂解原料不进入裂解炉2的炉管内，打开水泵14向炉管中通入水，同时炉管持续加热，待炉管温度达到800℃时，打开烧焦空气阀门4，向裂解炉2管路内通入烧焦空气，烧焦空气主要成分即空气组成——氧气和氮气，炉管内壁中的焦碳与空气、水蒸汽发生如下反应，生成的CO2、CO、H2等产物再用烧焦空气吹扫出炉管外。
C+O2→CO2+Q
2C+O2→2CO+Q
C+H2O→CO+H2-Q
当需要清焦时，现有技术中需要将整个急冷器拆卸下来进行清焦处理，将急冷器拆卸下来，将急冷器管程内壁中附着的焦炭进行清除。现有技术的裂解模拟实验装置中的急冷器，体积较大，管程较长，拆卸不方便，进行清焦操作时，比较费时费力。而本实用新型的急冷器31进行清焦处理时，因该急冷器31设置两个冷却器311、312，每个冷却器体积小，管程短；由于焦炭主要集中在第一冷却器311中，第二冷却器312中几乎没有焦炭，因此，只需要将第一冷却器311拆卸下来进行清焦处理即可。相比现有技术的急冷器清焦具有拆卸轻便，省时省力等优点。
另外，本实用新型在两个冷却器的连接处设置测温管314，测定裂解气温度，以便按指定要求控制裂解气急冷温度，必要时该测温管314位置可设置取样管，进行高温裂解气直接取样，为进一步开展工业应用或相关基础研究提供了可能。本实用新型具有清焦操作更加快捷、方便，更好地模拟工业裂解装置等优点。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于蒸汽裂解模拟实验装置的急冷器，其特征在于，包括：
第一冷却器，包括第一壳体和安装在所述第一壳体内的第一裂解气管路，所述第一裂解气管路包括第一裂解气入口和第一裂解气出口，所述第一壳体包括第一冷却水入口和第一冷却水出口，所述第一壳体与所述第一裂解气管路之间为冷却水流动空间，所述第一裂解气入口与所述蒸汽裂解模拟实验装置的裂解炉出口连接；
第二冷却器，包括第二壳体和安装在所述第二壳体内的第二裂解气管路，所述第二裂解气管路包括第二裂解气入口和第二裂解气出口，所述第二壳体包括第二冷却水入口和第二冷却水出口，所述第二壳体与所述第二裂解气管路之间为冷却水流动空间，所述第二裂解气出口与所述蒸汽裂解模拟实验装置的水冷器入口连接；
连接管，包括互相连接的第一连接管和第二连接管，所述第一连接管与所述第一裂解气管路同轴设置并与所述第一裂解气出口连通，所述第二连接管与所述第二裂解气管路同轴设置并与所述第二裂解气入口连通，所述第一连接管的轴线与所述第二连接管的轴线具有一夹角。
2.如权利要求1所述的急冷器，其特征在于，所述夹角为140度-160度。
3.如权利要求2所述的急冷器，其特征在于，所述夹角为150度。
4.如权利要求1、2或3所述的急冷器，其特征在于，所述第一冷却器水平设置，所述第二冷却器倾斜设置。
5.如权利要求1、2或3所述的急冷器，其特征在于，所述第一冷却水入口设置在所述第一壳体的下侧并靠近所述第一裂解气出口，所述第一冷却水出口设置在所述第一壳体的上侧并靠近所述第一裂解气入口。
6.如权利要求5所述的急冷器，其特征在于，所述第二冷却水入口设置在所述第二壳体的下侧并靠近所述第二裂解气出口，所述第二冷却水出口设置在所述第二壳体的上侧并靠近所述第二裂解气入口。
7.如权利要求1、2、3或6所述的急冷器，其特征在于，所述第一连接管与所述第二连接管的连接处还设置有用于测定裂解气温度的测温管。
8.如权利要求1、2、3或6所述的急冷器，其特征在于，所述第一连接管与所述第二连接管的连接处还设置有用于对裂解气取样分析的取样管。
9.如权利要求1、2、3或6所述的急冷器，其特征在于，所述第一冷却器和第二冷却器的长度为400-700mm，所述第一裂解气入口和第二裂解气入口的直径为5-15mm，所述第一壳体和第二壳体的外径为40-60mm，所述连接管的长度为150-250mm。
10.一种蒸汽裂解模拟实验装置，包括顺序连接的原料进料装置1、裂解炉和产物分离装置，所述产物分离装置包括互相连接的急冷器和水冷器，其特征在于，所述急冷器为上述权利要求1-9中任意一项所述的急冷器。
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