JPS628714B2 - - Google Patents

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JPS628714B2
JPS628714B2 JP56042992A JP4299281A JPS628714B2 JP S628714 B2 JPS628714 B2 JP S628714B2 JP 56042992 A JP56042992 A JP 56042992A JP 4299281 A JP4299281 A JP 4299281A JP S628714 B2 JPS628714 B2 JP S628714B2
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JP
Japan
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tube
heat exchanger
gas
heat transfer
exchanger tube
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JP56042992A
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JPS57157991A (en
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Masaaki Nonaka
Tsunehiko Kurisaka
Hitoshi Iwasaki
Yukimasa Shigemura
Masahiko Yoshida
Hiroshi Ooi
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Mitsui Zosen KK
Original Assignee
Mitsui Zosen KK
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/002—Cooling of cracked gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/12—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/14—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0075—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for syngas or cracked gas cooling systems

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は石油類等の分解ガス冷却を行うに当り
熱の有効回収を最大限に行い、かつ長期連続運転
を可能ならしめるための熱交換器に関するもので
ある。
上記のような熱交換器では分解ガスのコークス
分が伝熱面に付着堆積して、これが伝熱を阻害し
分解ガス側の圧力損失を上げる為一定時間毎にこ
れを開放するなど、デコーキングと言われている
方法によりこの堆積を取除かねばならない。従つ
てこの種熱交換器ではコークスの堆積、つまりコ
ーキングを極力少なくすることにより、いかに熱
の有効回収を計り圧力損失の増大を防いで長期連
続運転時間を可能にするかということが大きな課
題となる。本発明ではこの熱交換器の前段で冷却
速度を大きくし、ガスの温度を急速に下げ得て、
かつコークスが堆積しにくい様な構造をとること
により前記のような目的を達するようにした。そ
れでまずコーキングの起る条件、過程、をまたつ
ぎにそれを極力少なくするための設計条件を考え
てみる。
コーキングは次の様な段階を経て進行するもの
と考えられる。
(1) 第一段階：分解油の凝縮によるコーキング (2) 第二段階：分解ガスの縮重合によるコーキン
グ (3) 第三段階：ガス流速によるコーキング抑制 それぞれの段階におけるコーキングの程度は原
料、性状、分解条件及び急冷条件等で決り、その
結果その分解条件における運転継続可能時間が決
つてくる。各コーキング段階における定量的な相
関関係は第４図ａ，ｂ，ｃに示す如くである。す
なわち分解炉から流出する分解ガス中に含まれる
高沸点化合物は伝熱管の表面に凝縮し、そこで縮
重合しコークス化するが、運転開始時における伝
熱管表面温度は冷媒側に支配されているため冷媒
にほぼ近い温度となつており、分解ガス中の高沸
点化合物の凝縮温度より低い場合が普通である。
この場合、分解ガス中の高沸点化合物は伝熱管表
面で急速に凝縮し始める。このときの凝縮温度は
第４図−ａに示す様に分解苛酷度、すなわち分解
温度の上昇及び使用原料の重質化につれて高くな
る。尚、第１段階のコーキングは、運転開始後数
日間で終了し急速な分解ガス出口温度の上昇及び
分解ガスの圧力損失の増大を招く。
更に分解ガスは第一段階後も縮重合を進行させ
コークスが成長することになり、このときのコー
クス成長速度は第４図―ｂに示す様に分解苛酷度
が大きくなるにつれて大きくなるが、既に分解ガ
スと接するコークス表面温度が充分高い温度にな
つているため第一段階に比較すれば非常に緩やか
になる。この期間のガス出口温度とガス圧力損失
は徐々に上昇していく。
コークスが成長するにつれてその部分のガス流
路面積は狭くなるが、ガス流速が非常に速くなる
に従いコークスの成長速度は徐々に小さくなり、
ガス出口温度とガス圧力損失の上昇は小さくな
る。そして更にガス流速が増大するとコークスの
付着はほとんどなくなる。このようにコーキング
抑制に働くガス流速は第４図―ｃに示す様に分解
苛酷度が大きくなれば大きくなる。
石油類の分解ガスにおいて運転継続可能時間の
長い熱交換器を設計する為には次の二通りの方法
がある。
(1) 出来る限り遅い質量速度をベースに設計する
こと。
この場合、圧力損失の増加が少なくてすむ
為、運転打切りを圧力損失によつてきめる場合
には適当である。但しコーキングのない時点の
出口ガス温度をかなり低く考慮して置かないと
コーキングの第一段階でガス出口温度の急上昇
をまねくことになる。
(2) 出来る限り高い質量速度で設計する。
理想的にはコーキング抑制速度で設計するの
が良いが、この流速で設計すると初期より非常
に大きいガス圧力損失となる為、実際には不可
能である。故に結果として許容圧力損失範囲内
での質量速度で設計することになるが、この場
合コーキング第一段階に付着するコークス厚み
を考慮して置かないと数日間で圧力損失過大に
なり運転打切り時期に達することになる。
(1)，(2)のどちらを選択するかは取扱う原料と伝
熱管の形状によることになる。本発明の熱交換器
はこの(1)，(2)の条件を両立させることによつて、
重質油分解にも十分耐えうる、つまりコーキング
の少ない熱交換器を可能にしたものである。すな
わち、分解ガスが熱交換器入口から反応停止温度
である600〜650℃までの高温度域では付着するコ
ークスの厚みは小さく高速度のガス流でもガス圧
力損失の増加は少ない。故にこの領域では、反応
停止温度までの急速冷却の目的から言つても高い
ガス流速を採用するのが最良な方法である。又、
反応停止温度以下の領域では付着するコークスの
厚みは非常に厚くなる。この為高温度域と同じガ
ス流速を採用している場合では急速なガス圧力損
失の増大を招くことになる。故に運転可能とする
には必然的にガス流速を低くすることになるが高
温度域と同じ伝熱管形状では不可能であり、反応
停止温度以下の伝熱管形状は高温度域の伝熱管形
状よりガス通過面積を大きくしたものでなければ
ならない。
第６図には伝熱管６へガスを通した場合の付着
コークス１２の厚さすなわち伝熱管入口よりの距
離と分解ガス温度との関係を示している。
以上のような考察から製作される本発明の熱交
換器を第１図に垂直断面で示す。１は熱交換器の
頭部をなす汽水胴で、これから伝熱管６が管胴部
１１の中に垂下している。５は伝熱管６の中に垂
下する降水管で冷却水はこの中を流下して高温ガ
スにより加熱され蒸気となり、その外側を上昇し
て汽水胴１に流入する。高温分解ガスは管胴部１
１の下端の入口４から入り、伝熱管６に熱を与え
ながら上昇して管胴部１１の上端部の出口２から
排出される。本発明では伝熱管６の下半部分に第
１図Ｄ―Ｄ断面第２図で示すフイン７を管の長さ
方向に取付けている。このフインは隣接の管との
あるいは管胴１１の内面との間のスペーサーの役
目も兼ねるのでその高さをほぼこれらに接する大
きさとしている。また幾つかのフインで囲まれる
垂直空間１２が何れもほゞ同じ３角形断面の煙管
路となるようフイン７の伝熱管６への半径方向に
おける取付位置を120゜間隔としている。第３図
はこれを90゜間隔で煙管路を４角断面としたもの
である。このようなフインの配置はガスに対して
整流作用をなし、伝熱効果の増大をもたらす。フ
インはまた当然伝熱面を増し、さらにその厚さを
適当な大きさに選ぶことによつて管胴１１内のガ
ス通路断面積を所要の値まで狭め、ガス流速を上
げる役目をもたせることができる。このようにし
てこの部分ではフイン７の存在による伝熱面積の
増加とガス流速の増大がガスへの急冷効果をもた
らし（以下この部分を急冷部・Ａとよぶ）、これ
がコーキングの抑制に働く。またこの場合コーク
スの付着は伝熱管の外面で起るのでその為はく離
を可能にし、これがまたコーキング速度を小さく
するのに役立つ。
以上のように急冷部Ａを急速に通過させたガス
に対しては有効な熱回収の手段を講じなければな
らぬので管胴１１の上半部は熱回収部Ｂとし、こ
こではガス速度を落し、かつガス流に若干のかく
乱を与えてこの目的を達するようにした。すなわ
ち熱回収部Ｂには急冷部Ａのようなフインを設け
ず、それだけガス通路断面積を大きくしてガス流
速を減じ、また伝熱管６上には突起９を長さ方向
の数ケ所に設け、これによるガス流速の増大ある
いはガス流の乱れによるガスの伝熱係数の増大を
可能なようにしている。
本発明ではまた管胴上端部のガス出口２の他に
急冷部Ａの上端部、つまりフイン７の下流端付近
に第２のガス出口３を設けている。なわち重質油
分解ガスを急冷部Ａを通過させた後で充分な熱回
収効果を得る為、熱回収部Ｂを通過させるが、回
収部長さを軽質油分解ガス用と違えて無用の圧損
の増大を避けるためである。従つて出口３は重質
油分解ガス用となる。つまり本発明の熱交換器は
軽質油分解と重質油分解の何れにも使用できるも
のである。
また、軽質油分解専用として使用する場合は重
質油分解と比較してコーキング程度が非常に少な
くなる為、回収部Ｂにおける圧損の増加は小さ
い。故に軽質油分解においては、圧力損失の増加
を充分考慮した上で、急冷部Ａの構造のみで分解
ガスを冷却する方が熱交換器がコンパクトにな
る。つまり本発明の熱交換器は用途に応じて第５
図のように次の様なタイプ選定となる。なお同図
でＡは急冷部、Ｂは熱回収部である。
(1) 重質油分解専用の場合：第５図ａ ・急冷部＋回収部 方式 (2) 重質油分解と軽質油分解兼用の場合 ：第５図ｂ ・急冷部＋回収部 方式 （但し、第二ガス出口ノズルを設ける場合もあ
る） (3) 軽質油分解専用の場合：第５図ｃ ・急冷部 方式 ・急冷部＋回収部 方式 本発明を伝熱管大きさ50.8m／ｍフイン７は厚
さ6m／ｍ、高さ15m／ｍ、長さ160cm、管６の数
19、フインの配置は第２図のものとして実施した
もので、比重＝0.84，分解においてタール化する
アロマ化合物の含有程度＝30の原料を使用した結
果では連続運転60日以上の成積を得ている。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の熱交換器の縦断面図、第２図
第３図は第１図Ｄ―Ｄにおける伝熱管等の断面
図、第４図はコーキング説明のためのグラフ。第
５図は本発明の熱交換器のタイプ選定の説明図。
第６図は伝熱管６における温度分布図。 １…汽水胴、２…ガス出口ノズル（第一段
目）、３…ガス出口ノズル（第二段目）、４…ガス
入口ノズル、５…降水管、６…伝熱管、７…スペ
ーサー、８…スチーム出口ノズル、９…伝熱管突
起、１０…ボイラ供給水フイードノズル、１１…
管胴、Ａ…急冷部、Ｂ…熱回収部、１２…付着コ
ークス。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 頭部にあつてボイラ水を保有する汽水胴より
    下端をとじた伝熱管が管胴部に垂下し、この伝熱
    管中に前記汽水胴より降水管が垂下して、高温ガ
    ス入口は管胴部下端に、同ガス出口は同部上端に
    設られた分解ガス用多管式熱交換器において、伝
    熱管下半部分にはその長さ方向にわたつて伝熱管
    の半径方向に幾つかのフインを取付け、このフイ
    ンは隣接する伝熱管あるいは胴壁にほぼ接する高
    さとし、伝熱管上半部分には突起を伝熱管長さ方
    向の数個所に取付けた構造。 ２ 頭部にあり、かつボイラ水を保有する汽水胴
    より下端をとじた伝熱管が管胴部に垂下し、この
    伝熱管中に前記汽水胴より降水管が垂下して、高
    温ガス入口は管胴部下端に、同ガス出口は同部上
    端に設られた分解ガス用多管式熱交換器におい
    て、伝熱管下半部分にはその長さ方向にわたつて
    伝熱管の半径方向に幾つかのフインを取付け、こ
    のフインは隣接する伝熱管あるいは胴壁にほぼ接
    する高さとし、伝熱管上半部分には突起を伝熱管
    長さ方向の数個所に取付け、このフインの下流に
    第２のガス出口を設けた構造。
JP56042992A 1981-03-23 1981-03-23 Heat exchanger for decomposed gas Granted JPS57157991A (en)

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GB8207772A GB2096759B (en) 1981-03-23 1982-03-17 Heat exchanger for quenching hot gas
KR1019820001208A KR830009465A (ko) 1981-03-23 1982-03-22 담금식 고온까스 열고환기
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ID=12651518

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KR (2) KR830009465A (ja)
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GB (1) GB2096759B (ja)
IT (1) IT1153477B (ja)

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