JPH09508173A - クエンチクーラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 分解加熱炉からの流出物を急冷するためのクエンチクーラ又は移送ライン熱交換器は、流れを複数のブランチに分ける分解加熱炉チューブとクエンチクーラのチューブとの間の入口結合部を有する。流路は、ガスを最初に減速し、その後に再加速するために形成される。これは分岐している円錐形のディフューザ部と、そしてその後にテーパをつけられて枝分かれした収束部とを必然的に含む。断面の変化は、デッドスペースを避けて圧力損失を最小にするため平滑である。

Description

【発明の詳細な説明】 クエンチクーラ 発明の背景 本発明は、炭化水素分解加熱炉からの流出物を急冷するための新奇な熱交換器 又はクエンチクーラに関する。より詳細には、本発明は、分解加熱炉チューブと クエンチクーラ又は移送ライン交換器のチューブとの間の結合部に関する。 軽質オレフィン類（エチレン、プロピレン、ブタジエン及びブチレン）及び蒸 気が存在する状態で炭化水素原料が熱分解されることにより結合された芳香族類 （ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン及びスチレン）の生産におい ては、この分解反応が分解加熱炉流出物を急速に冷却することあるいはクエンチ ングによって止められる。このクエンチング時間はミリ秒の範囲で測定され、そ して２次的な反応が継続していることによるオレフィン類生産の悪化を防ぐため にその瞬間的な効用で加熱炉出口構造を「氷結」させるという目的を有している 。冷却される分解ガスの量、加熱炉流出物の汚損傾向及び発生する蒸気の圧力／ 温度の状態に応じて、いくつかの異なるクエンチクーラの設計が市場において有 効である。これらの設計は、従来の固定管板多管式熱交換器から二重管式の設計 ま で範囲が及ぶ。 与えられたどんな分解加熱炉運転状態にとっても、分解加熱炉から去るガス温 度ができるだけ急速に減少することによって、オレフィン類の生産が最大限にな され得ると共にクエンチャー汚損が最小になることは公知である。これは、クエ ンチクーラができるだけ分解加熱炉出口を閉じるように位置し、クエンチクーラ の入口部分の体積が最小になり、そして、冷却部における体積に対する表面積の 比が最大になることを要求する。後者の要求は、小さなクエンチャーチューブが 多数あることは１本の大きな直径のものを配置するよりもより有利であることを 含む。 ＳＨＧ移送ライン交換器（Schmidt'sche Heissdampf−Gesellschaft mbH） として知られるクエンチクーラ型のひとつの先行技術は、多数の平行な二重管配 置を採用し、各クエンチチューブは水−水蒸気の混合体を通す同心外管により囲 まれている。内側及び外側のチューブの間の環形は、水平で楕円形状のヘッダを 通ってボイラ水を供給される。この点については、独国特許明細書ＤＥ２５５１ １９５号を参照されたい。外管用の楕円ヘッダを備えたこの二重管配置を採用す る他の先行技術特許は米国特許第４，４５７，３６４号である。この特許は、加 熱炉からのガス用のひとつの入口及び２又は３の分岐ブランチを有し、加熱炉と クエンチクーラとの間を変転するためＹ字形又は３区 画に形成されている分配器を開示している。記述によれば、冷却がまだ開始され ていない場所でのこの変転は、継続された反応を最小にしかつ望ましくないコー クスが堆積物になるという危機的状況になりうる。この米国特許第４，４５７， ３６４号においては、コネクタを通して流すための断面積は、分配器のすみから すみまで実質的に一定のガス流速を達成するために実質的に一定である。この分 配器はまた、断面積においてブランチの断面積の合計と入口の断面積との比が２ ：１の地点に至るまでに分岐するだろう。 発明の要約 入口部又は加熱炉出口とクエンチクーラチューブへの入口との間のクエンチク ーラ用コネクタは流れを複数のブランチに分配し、そして入口部の滞留時間を最 小に減じるために設計される。一列に並んで配置された複数のクエンチチューブ にガスを均一に分配するため、流路は、加熱炉を離れるガスをまず効果的に減速 し、そしてその後にガスをクエンチャーチューブ速度まで再加速するために適合 される。より明確には、コネクタの円錐形の分岐ディフューザ部がガスを減速し 、そしてその後にテーパをつけられかつ分岐された収束部がクエンチクーラチュ ーブに供給されるようにガスを再加速する。断面変化は、動圧が回復し、デッド スペース、すなわち流れが分離する地域を避け、そして圧力損失が最小となるよ うに、流れ方向（空気力学） に単調な面変化を伴って滑らかである。 図面の簡単な説明 図１は、本発明を具体化した部分断面のクエンチクーラ正面図を示している。 図２は、図１の２−２線に沿うクエンチクーラの断面図である。 図３は、楕円形ヘッダへの、そしてこれを通り抜けるチューブの斜視図である 。 図４は、図１のクエンチクーラの一部を断面にした端面図である。 好適な実施例の説明 図１を参照すると、クエンチクーラ１０は、分解加熱炉流出ガスを通し外管１ ６により囲まれた内管１４を順繰りに含む複数の二重管熱交換エレメント１２で 構成される。ふたつのチューブ間の環状部分は、水／蒸気混合体の冷却剤を通す 。管１４及び１６の下端部は楕円形ヘッダ１８に接続され、そして一方上端は楕 円形ヘッダ２０に接続される。 楕円形ヘッダへのチューブの接続は図３に詳細に示されている。内管１４はヘ ッダを完全に通り抜け、一方外管１６はヘッダで末端となりヘッダの内側に開口 する。図１に示されたように、冷却剤入口２２及び２４を経由して下部ヘッダ１ ８に供給される冷却水は、下部ヘッダ１８を通ってふたつの管の間の環状空間へ 流れ込み、上方へ向けて上部ヘッダ２０に注いでいる。 今ここでは加熱された蒸気／水の混合体である冷却剤は、出口接続部２６及び２ ８を通ってヘッダ２０から流出する。管１４を通って流れている冷却されたガス は、上部出口室３０へ注いでさらに出口３２から排出される。 たとえ他の配置が採用され得るとしても、本発明は図２に見られる最良の１６ 管配置を用いて例示されている。この図は各ヘッダに接続された８本管結合体を 備えているふたつの楕円形ヘッダ１８を示している。各楕円形ヘッダのふたつの 水入口接続部はまた２２，２２ａ，２４及び２４ａで示される。このふたつのヘ ッダ１８は互いに結合されると共にたとえば溶接によって包囲板３４に結合され る。板３４の外縁を取り巻くのは、後述される入口接続部を据え付ける目的のフ ランジ３６である。上部の楕円形ヘッダ２０は、上部出口室３０のフランジ４０ に結合するためのフランジ３８を包含して同様に据え付けられる。 本発明のクエンチクーラは、最も有利なことに、相対的に大きな数の低容量分 解コイルを採用している分解加熱炉（図示省略）と共に利用することができる。 たとえば、このような加熱炉は、各コイルが内径５ｃｍ（２ｉｎ．）の４本の管 から内径１０ｃｍ（４ｉｎ．）の１本の出口管へ注ぎ込むように形成された各々 １２ｍ（４０ｆｅｅｔ）の高さの２４本のコイルを有するかもしれない。このよ うな４本のコイルからの流出物 は本発明のひとつのクエンチクーラで急冷することができる。本発明の図示され た実施例は、各加熱炉コイル及び出口管（４本の加熱炉入口管）から４本のクエ ンチャーチューブへ流出物を供給する。このクエンチクーラは１６本のクエンチ ャーチューブを有しているので、４本の加熱コイル（１６本の加熱炉入口管）を 取り扱うことができる。 クエンチクーラの下端にある入口室４２は、圧力境界を形成するコンテナ又は タブ４４を包含する。入口室コンテナの縁部を取り巻くフランジ４６はフランジ ３６にボルト４８によって結合される。コンテナは、その内部に形成された本発 明の独特な形状をした内部ガス通路５２，５４，５６及び５８を有する耐高温性 物質５０により満たされている。これらのガス通路は、耐熱性物質がセットされ た後にすぐ除去される適切に配置されたコアによって形成される。たとえば、コ アは耐熱性物質のために溶解又は燃え尽きるだろう。あるいは、このガス通路は 、図４に５３で例示したように、鋳込むことにより、又は高ニッケルクロム合金 のような成形金属により、形成することができる。このような場合、耐熱性物質 は形成された通路の周囲に単に注入されるだけである。 本発明の例示された実施例においては、各ガス通路５２，５４，５６及び５８ は４本のブランチ６０，６２，６４及び６６に分岐又は枝分かれされている。各 ブランチは１本のクエンチチューブ１４に接続される。各ガス通路は、ブランチ を含む収束部７０に続く最初に分岐している円錐形のディフューザ部６８を包含 する。円錐形分岐部６８は図１及び４に示された２面視に見られる。収束部は、 この部分が一面（図１）においてブランチに広げるための分岐部と共に始まり、 しかし他の面（図４）において収束部と共に始まるので、容易には認められない 。一面における分岐及び他面における収束よりなるこの組合せの最終的な効果は 、流れ面の平滑又は単調な収束である。角部やコーキングを生み出す不連続性が 避けられる。従って、ガスは最初に円錐形ディフューザで減速され、そしてそれ からクエンチチューブ速度をバックアップするまで再加速される。このスムーズ な再加速は、流れの分離を避け、それによって個々のクエンチャーチューブに分 配される単一の流れが与えられる間デッドゾーンにおけるコークスの生成を最小 にするのに役立つ。特定的な例においては、流路面積の比を２．２５とするため に、各入口管の内径が１０．１６ｃｍ（４ｉｎ．）でさらにディフューザの出口 の内径が１５．２４ｃｍ（６ｉｎ．）になるだろう。この１５．２４ｃｍ（６ｉ ｎ．）の最大径は、流路面積の比を０．５６とするために、５．７ｃｍ（２．２ ５ｉｎ．）の４本の管に収束して下がる。 流れはデッドゾーンなしで再加速されるので、各チ ューブへの入口でのコークス堆積物が最小になる。たとえコークスが管内に堆積 したとしても、一様な流れの分配からの逸脱は著しく減じられる。このことが、 従来の移送ライン交換器入口だけでなく米国特許第４，４５７，３６４号に開示 された一定の面積又は分岐に代わって、空気力学的に効果的な分岐／収束通路を 使用することの利点である。後者の場合には、Ｙ字形又は３区画への流れの分離 、そして移送ライン交換器の管への不平等配分は同様である。本発明の分岐／収 束通路を適用する結果は、一様な分配、低減されたコーキング傾向、そしてその 結果として改良された生産力及び増加した運転期間である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルマン ヘルムト アダム ドイツ連邦共和国カッセル デー−34121 フェーレンストラーセ 36

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の流路を包含し、そして各流路が分岐している円錐形の入口ディフュー ザ通路を含み、同通路は、各出口通路の各々が熱交換器のチューブのひとつに供 給するために適合された状態で複数の個々の出口通路に分岐された出口部に続け られ、前記出口部は、流れ領域断面が流れ方向へ一様に減少し、それによって一 般的に収束している出口部を形成しているような形状を有する、分解加熱炉コイ ルからクエンチクーラの熱交換チューブへ分解されたガスを供給するための接続 手段。 ２ 前記出口部が少なくとも４本の出口通路を包含する請求項１記載の接続手段 。 ３ 前記接続手段がセラミック絶縁材料を包含し、かつ前記流路が前記セラミッ ク材料の内部に形成された請求項１記載の接続手段。 ４ 前記セラミック材料内の前記流路が金属により裏打ちされた請求項３記載の 接続手段。 ５ 前記入口流路の直径と前記出口通路の直径との比が２：１である請求項１記 載の接続手段。