JPH11512514A - 熱分解設備に後続する円筒多管の熱交換機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 二つの管板の間に保持される熱交換円管の束を備え、熱分解設備に後続する円 口側の管板が流入するガスに対向する側で化学的に凝固する材料で形成される、熱交換円管の開口を空けた耐腐食性で耐火性の被覆体を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 熱分解設備に後続する円筒多管の熱交換機 この発明は、熱分解設備に後続し、二つの管板の間に保持されている熱交換機 突き固め材料の使用に関する。 の輸送導管の排出側に使用され、分解ガス冷却器と称されている。 分解ガス冷却器は設計と材料特性に関して極度に高度な要求を満たす必要があ る。ナフサ、石油ベンジンあるいはエタンのような炭化水素を熱分解して分解炉 から出てくる高温の反応混合物（約 850℃）は、望ましくない二次反応を排除す るため、分解ガス冷却器の中で急激に冷却する必要がある。この分解ガス冷却器 る廃熱ボイラーとして使用される。 分解炉から高速で出る分解ガスは、通常軸方向に配置されたフード短管の輸送 導管を介して下から分解ガス冷却器に流入し、分解ガス冷却器の熱交換円管を通 過した後、油洗浄部や他の処理部に導入するため、下部の管板に当たる。 分解ガスは短い滞留時間と約 300 m/sの高速度にもかかわらず、既にコークス の粒子を含み、これ等の粒子は上記の速度で強く浸食するように働く。装置の構 造上、分解ガス冷却器の全ての内部円管に一様に分解ガスを加えることは実用上 不可能である。それ故、底板の中心領域および芯の区域のところに配置された円 管は周囲の領域よりも強く浸食される。 欧州公開特許第 567 674号明細書により、石炭ガス化設備で発生する合成ガス を冷却する熱交換機が知られている。この熱交換機では、セラミックス層のある ガスの入口側の管板は、隣接配置され、外縁部分で互いに当接する直方体状の個 別の注き口で構成されている。その場合、注き口の各々には円錐状の一つの開口 があり、この開口は熱交換器の円管のみに突出する円管部分の中で狭くなってい る。この解決策は個々の直方体状の部材の間をガス気密状に隔離していない。こ れは中間空間でコークスを形成するオレフィン設備の分解ガス冷却器に導入され 、 材料を分解する。その外、使用する注ぎ口の端部は円管に磨耗縁部を形成し、こ れは分解ガス冷却器の中を移動する流速が約 300 m/sの場合、更に腐食を与える 結果と共に強い乱流を誘起する。 その外、管が不調になる恐れや高温の時に冷却水を周囲の反応混合物に進入さ せることを低減するため、反応塔に組み込まれた冷却管に腐食防止する不燃性の 被膜を付けることが知られている（米国特許第 4 124 068号明細書を参照）。 縁部分の区域に比べて芯の区域の非常に強い流れや応力の問題には、特に円錐 状の組込物（米国特許第 35 52 487号明細書を参照）により、あるいはフード短 管に組込物なしでディフューザー状の偏向装置（ドイツ公開特許第 21 60 372号 明細書を参照）により対処することが研究されている。 更に、入口側のフード短管の流れを均一化したり、管板を腐食に対して保護す が円錐の表面に沿って配置され、その先端がガスの入口に向いていることが提案 されている（欧州公開特許第 0 377 089号明細書を参照）。 これにより、芯の流れ領域を高速で流れるガスにより連行されるコークス粒子 は制動を受け、一部は半径方向に外向き偏向される。その結果、これ等の粒子は 管板や円管のとこで腐食損傷をもはや与えない。他方の側では、この種の組込物 には望ましくない差圧が、また適当な滞留時間を長くして収量損失が結び付いて いる。 この発明は、底板を補強して有効に防食することに努めることにより他の方法 を行っている。下部の管板に対する腐食は分解ガス冷却器を周期的に止めること を必要としている。その場合、肉盛り溶接により底板を再び所要肉厚にして間に 合わせている。この方法は経費がかかり、肉盛り溶接で付けた材料の耐久性に関 しても満足させない。困難なことには、分解ガス冷却器の場合に付け加わること は、底板が衝突板のように働くだけでなく、従って特に腐食に曝されるだけでな く、同時にできる限り低い界面温度にするため、比較的薄くする必要がある点に ある。これは装置構造上の理由から望ましく、それ故に有利でもある。何故なら 、流入したガスをできる限り早く冷却し、予め望ましくない二次反応とならない からである。 上記の難点を排除するため、請求の範囲第１項の円筒多管の熱交換器が提唱さ れている。有利な構成は従属請求項に提示されている。 被覆体は 10 〜 50，好ましくは 15 〜 30 mmの厚さの突き固め材料で形成さ れている。 突き固め材料あるいは被覆体をより良く付着させるため、管板に特に直径が約 5 mm の主としてＶ，Ｔ，ＳまたはＹ字型のアンカー、あるいは、好ましくは高 さが 5〜 10 mm の蜂の巣構造の板構造体を溶接してもよい。 この種のアンカーは、燃焼技術の設備でスチール板の上に溶接された裏打ちの ある内張りの種々の内張り厚さに対してＥＣＯ−ＶＩＮとして知られている。そ の場合、突き固め材料をより良く定着させるため、アンカーの脚部を約 60 ℃で 曲げてもよい。これ等のアンカーは下部の管板に広げていない状態で、あるいは 広げた状態で溶接する。 化学結合した耐腐食性の耐熱材料から成る突き固め材料の被覆体を、手動か、 広い面に対してスプレーで付け、手で、または例えば平鋼やハンマーを用いて、 あるいは機械的な工具を用いて圧縮する。 突き固め材料（時には杭打ち材料とも称する）としては、主に無機質の素材か ら成る化学的に凝固する材料を使用する。この凝固は空気の存在の下に行われる 。主要な粗材は、例えばコランダムである。この種の材料の典型的な組成は、例 えば 85 重量パーセントのＡl₂Ｏ₃，7 重量パーセントのＳiＯ₂．0.3 重量パー セントのＦe₂Ｏ₃，3.1 重量パーセントのＭgＯ，4.5 重量パーセントのＰ₂Ｏ₅ および 0.1 重量パーセントの塩基性物質である（大体の値）。個々の構成部分 の最大粒径は 4 mmを越えるべきでない。突き固め材料を処理ないしは作製する には、この無機混合物を水と混ぜ合わせ、次いで加工する。突き固め材料を付け た後、この材料を通常少なくとも 24 時間で凝固させることができる。その後に 、乾燥あるいは焼付を行う。これには、約６時間 150〜 200度の温度の熱風を突 き固め材料の上に循環させ、その後に温度を高々４時間の間、約 350℃まで上昇 させてもよい。使用温度や、場合によって、付加する鋼鉄の針のような添加物に 応じて、凝固させた突き固め材料あるいは被覆体の熱伝導度は 1.5〜 3.5 W/mK の間にある。この被覆体の磨耗は 8 cm² 以下である（ＡＳＴＭ Ｃ-704による ）。 突き固め材料としは、例えばＲＥＳＣＯ−ＣＡＳＴ（レスコ・キャスト），Ｒ ＥＳＣＯ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｉｎｃ（レスコ製造会社）の製品が適している。市 販されている他の適当な製品は、杭打ち材料と称されるＰｌｉｂｒｉｃｏ Ｇｍ ｂＨ（プリブリコ有限会社）のＦＬＩＲＡＭ Ｃｙｃｌｏｎｅ−ＭｉｘＤ（フリ ラム・サイクロン・ミックスＤ）である。前記の製品は、例えばＦＣＣ（Fluid- Catalytic-Cracker ；流体触媒分解装置）の設備部分の内面を内張りする実践か ら知られている。そのような設備部分は内張りされ、それ等の設備部分の中で液 化されたＦＣＣ触媒が約 750℃の温度の時、 20 〜 30 m/s の速度で移動する。 しかし、前記突き固め材料がこの発明の内容を実現するのに適しているというこ とを示していない。むしろ、特別な条件の下で分解ガス冷却器内で被覆体が保持 されず、分解ガス炉の中に落下して運転を停止させると言う条件を克服する必要 がある。この条件の理由は底板と被覆体の間、あるいは被覆体の割れ目にセラミ ックス成形部品で内張りした場合のように、成長するコークスの層が形成し、最 後にこれが被覆体を撥ね飛ばすと言うことを気づかわなければならない点にある 。 特に、所定の高い要請の下では、被覆体の温度衝撃安定性を改善するため、突 き固め材料に、例えば主に 1〜 2重量％の量の鋼針あるいは波形の鋼繊維（Ｃ− Ｍｉｘ；Ｃミックス）を添加する。 二つの底板の間に保持された円管の束を有する冒頭に述べた種類のＲＷＵでは 、通常輸送導管の直径が分解炉からフードの短管の形をした管板の直径へと広が っている。 このような構造では、原理的に管板の中心の芯領域のみに被覆体を設けるのが 通常である。腐食を防止する被覆体を付けて、未だ使用していない新しい底板や 、盛り付け溶接により再び所要肉厚にされた底板もこの発明により装備すること ができる。 入口側の管板の上で管の開口を栓で封止する。これ等の栓は少なくとも取り付け るべき被覆体の厚さの程度に管から飛び出ている。次いで、突き固め材料を入れ る。これはへらやひしゃくを用いて手で行われるか、あるいは吹付で行われる。 その後、突き固め材料の機械的な圧縮が、例えば平板鉄で伝えるハンマー衝撃で 行われる。この突き固め材料を通常少なくとも 24 時間凝固させた後、栓を取り 除き、突き固め材料を、場合によって、乾燥させたりあるいは焼き付ける。 説明した突き固め材料は熱分解炉に後続する円筒多管の熱交換機の底板を被覆 するのに最も適している。 以下に、エチレン設備の分解ガス冷却器の底板に被覆を施すことを詳しく説明 する。その場合、取り付けるために選択されたやり方、上に述べた材料および分 解ガス冷却器での特別な応用例は、限定的でなく、実施例の意味で理解すべきで ある。 実施例 底板には、図１と図２の図面に示す形状のオーステナイト鋼（1.4841）の 管を円錐状の木栓で封止するので、突き固め材料はアンカーにもこの栓にも保持 される。ＦＬＩＲＡＭ Ｃｙｃｌｏｎｅ−ＭｉｘＤ（フリラム・サイクロン・ミ ックスＤ）から成る突き固め材料を 2重量％の波形の鋼繊維Ｃ−Ｍｉｘ 25 （材 料 1,4841）に混ぜる。 突き固め材料の取り付けは、へらやひしゃくを用いて手で行われる。取り 付けた突き固め材料を、次に平板鉄で伝えるハンマー衝撃により区分毎に隙間の ない被覆体となるよう圧縮する。通常の外部温度で約 25 時間の凝固時間の後に 、円錐状の木栓を再び取り除く。 突き固め材料の乾燥やそれに続く焼付は、メーカーの取扱説明書より所定 の温度曲線に従って行う。 ここで、図１はこの発明による管の底を（下から見た）平面図で示す。 図２は底板のところにこの発明による被覆体を付けた分解ガス冷却器の断 面を示す。 この被覆体を付けることにより、最初から強い傷の付いた底板も更に腐食する ことに対して保護される。この発明により装備された底板でもコークス粒子によ る腐食を受ける。保護していない底板の金属材料に比べて、この発明に従って被 覆した底板の腐食は著しく遅れるので、対応する設備部品の利用性が改善される 。 更に、磨耗した場合には、この発明による被覆体を除去して新たに取り付けるこ とができる。 被覆体の熱絶縁特性が良好であるため、冒頭に述べた限界温度の問題も緩和さ れる。これにより、他の利点として、金属製の底板をそれほど薄くする必要がな く、厚く形成できる。これにより、構造上の安定化が達成されるので、薄い底板 の場合に安定化に必要な引張アンカーを少なくとも一部省くことができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１２月４日 【補正内容】 請求の範囲 １．熱分解設備に後続する円筒多管の熱交換機内の管板に隙間のない被覆を施す 方法において、 ・封止後に少なくとも取り付けるべき被覆体の層の厚さの高さまで突き出る栓 を用いて管板で保持されている熱交換円管を封止し、 ・化学的に凝固する突き固め材料を取り付け、 ・突き固め材料を機械的に圧縮し、 ・栓を除去し、そして、 ・場合によって、突き固め材料を焼き付ける、 ことを特徴とする方法。 ２．突き固め材料を持ち込む前に、蜂の巣状の板構造体あるいはアンカーを管板 に溶接することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．二つの管板の間に保持される熱交換円管の束と、請求の範囲第１項の方法に より作製できる、流入ガスに対向する側で入口側の管板に設けた熱交換円管の開 口を空けた、化学的に凝固する突き固め材料で形成されている耐腐食性で耐 ４．凝固した突き固め材料の被覆体の厚さは 10 〜 50 ，好ましくは 15 〜 30 mmであることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の円筒多管の熱交換機。 ５．突き固め材料を管板により良く付着させるため、この管板に蜂の巣状の板構 造体、あるいは好ましくはＶ，Ｔ，ＳまたはＹ型のアンカーを溶接することを特 徴とする請求の範囲第３項または第４項に記載の円筒多管の熱交換機。 ６．突き固め材料の中には波形の鋼繊維が含まれていることを特徴とする請求の 範囲第３〜５項の何れか１項に記載の円筒多管の熱交換機。 ７．熱分解設備から到来する輸送導管の直径から入口側の管板の直径に拡大する 入口室が設けてあることを特徴とする請求の範囲第３〜６項の何れか１項に記載 の円筒多管の熱交換機。 ８．熱分解設備に後続する円筒多管の熱交換機の中で底板に被覆を施すため突き 固め材料を使用すること。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＦＩ， ＨＵ，ＪＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＭＸ，ＮＯ，ＰＬ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＧ，ＳＫ，ＴＲ，ＵＡ，ＵＳ 【要約の続き】 口側の管板が流入するガスに対向する側で化学的に凝固 する材料で形成される、熱交換円管の開口を空けた耐腐 食性で耐火性の被覆体を備えている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．二つの管板の間に保持された熱交換円管の束を備え、熱分解設備に後続する 板に設けた熱交換円管の開口を空けた耐腐食性で耐火性の被覆体が化学的に凝固 する突き固め材料で形成されていることを特徴とする円筒多管の熱交換機。 ２．凝固した突き固め材料の被覆体の厚さは 10 〜 50 ，好ましくは 15 〜 30 mmであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の円筒多管の熱交換機。 ３．突き固め材料を管板により良く付着させるため、この管板に蜂の巣状の板構 造体、あるいは好ましくはＶ，Ｔ，ＳまたはＹ型のアンカーを溶接することを特 徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の円筒多管の熱交換機。 ４．突き固め材料の中には波形の鋼繊維が含まれていることを特徴とする請求の 範囲第１〜３項の何れか１項に記載の円筒多管の熱交換機。 ５．熱分解設備から到来する輸送導管の直径から入口側の管板の直径に拡大する 入口室が設けてあることを特徴とする請求の範囲第１〜４項の何れか１項に記載 の円筒多管の熱交換機。 ６．請求の範囲第１〜５項の何れか１項に記載の円筒多管の熱交換機内の管板に 被覆を施す方法において、 ・封止後に少なくとも取り付けるべき被覆体の層の厚さの高さまで突き出る栓 を用いて管板で保持されている熱交換円管を封止し、 ・突き固め材料を取り付け、 ・突き固め材料を機械的に圧縮し、 ・栓を除去し、そして、 ・場合によって、突き固め材料を焼き付ける、 ことを特徴とする方法。 ７．突き固め材料を持ち込む前に、蜂の巣状の板構造体あるいはアンカーを管板 に溶接することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の方法。 ８．熱分解設備に後続する円筒多管の熱交換機の中で底板に被覆を施すため突き 固め材料を使用すること。