TW202415854A - 反應器流出物熱回收系統 - Google Patents

Abstract

一種熱交換器，其包括：一殼體，其具有一縱向軸線，該殼體之一第一部分位於通過該殼體之一平面之一第一側上，及一第二部分位於該平面之與該第一側相反之一第二側上。一第一熱傳表面配置在該殼體之該第一部分中，及一第二熱傳表面配置在該殼體之該第二部分中。該第一及第二熱傳表面可為盤管束，與該熱傳表面介接的冷卻劑流之一是反應器進料流。該束中的管在管之間具有一徑向間距，其遠大於管之間之一軸向間距。一反應器流出物流過該殼體，方向沒有實質改變，同時該第一及第二熱傳表面冷卻該流出物。

Description

反應器流出物熱回收系統

發明領域

本揭示總體上有關於將來自反應器的流出物流之熱回收及冷卻整合於一個處理系統中，且更特別地，但不排他地，有關於包括用於此目的之纏繞管式熱交換器的處理系統。

發明背景

各種類型的熱交換器係用於從反應器流出物流中回收熱，並分開另外冷卻該反應器流出物流。利用已知的熱交換器來回收熱，可經由與待加熱以供附加的下游應用的程序流間接熱交換，或藉由產生蒸汽來實現。在大多數情況下，離開熱交換器的反應器流出物的最終溫度對於下游的壓縮、再循環或分離步驟來說仍然太高。因此，需額外在熱交換器的下游使用分離的單元進行冷卻，降低反應器流出物的溫度，以供下游有用產物的分離或壓縮及再循環至反應器。

例如，美國專利案號10,962,302描述一種用於催化脫氫、流體化媒裂及催化重組的熱交換器的形式及功能。此等熱交換器可歸類在組合進料流出物(“CFE”)熱交換器之概括性術語下。特別是，此參考文獻描述一種稱作OLEFLEX製程的製程，如圖1及圖2所示，其中反應器流出物相對於蒸氣進料與富氫再循環氣體的組合而從584℃冷卻至142℃。儘管進料氣體的入口溫度相當低(~ 40℃)，但熱流體相對於冷流體的熱容量使得在發生溫度狹點之前，流出物氣體無法冷卻至140℃以下。為了在使用壓縮機進行相分離及再循環蒸汽部分之前將溫度降至最低，在壓縮及再循環之前，先在下游冷卻器中進一步冷卻該流出物。

美國公開申請案號2020/0290939描述一種用於改進在烯烴生產期間從烴進料流中可獲得的熱的能量轉換的方法。特別是，此參考文獻的圖3示出烴進料流及氫氣進料流，其等被加壓至30巴絕對壓力(bara)且藉由相對於來自爐反應器的膨脹流出物流的間接熱交換而被加熱。該流出物流在進料流出物熱交換器中被冷卻至130℃，然後在該進料流出物熱交換器下游之分離的冷卻器中進一步冷卻至30℃。

在已知熱交換器之上述及其他的範例中，相對低壓、高溫的反應器流出物可相對於已知熱交換器的進入進料流而被冷卻。該反應器流出物進一步在一或多個分離的下游單元中冷卻，以實現下游的分離或壓縮及再循環至反應器。對於諸如乙烯、丙烯、異丁烯及其它大宗化學品的大規模生產，生產規模使得熱交換設備包括多個單元，且單元之間具有互連管道，用以將反應器流出物冷卻到足以進行分離或壓縮及再循環的程度。

因此，在每個熱交換段之前，該流出物流動被分離並分配到個別的單元，然後該組成部分被重新組合並收集，然後重新分配到下一個熱交換段，依此類推。流動方向的多次變化導致高壓降以及個別的單元之間或個別的流道或層內的不良分布的可能性。當反應器流出物的下游處理涉及產率依賴於壓力的反應時及/或當反應器流出物低於大氣壓力從而需要大壓縮比時，高壓降是特別不利的。然而，已知的熱交換器還存在額外的缺陷及缺點。

特別是，使用多個具有互連管道的單元會增加系統的總體成本及空間需求。由於操作壓縮機來對熱交換器下游的反應器流出物加壓的高成本，已知的熱交換系統還使用大量電力進行再循環，這進一步增加成本。壓縮階段之間的中間冷卻器及/或後冷卻器可能會進一步增加資本及運營成本。此外，與藉由蒸汽產生回收的熱相比，使用已知的熱交換器可能限制可回收來加熱進料的熱量，從而產生相對大量的溫室氣體排放，因為在處理過程中經由產生蒸汽來回收大量的熱量本質上需要燃燒燃料來產生蒸汽。已知熱交換器的這些及其他因素降低了效率並導致總體投資回報率降低。

因此，需要有一種能夠克服已知熱交換系統的缺陷及缺點的熱交換器。

發明概要

本揭示大致上有關於精煉廠及石化加工的熱整合，特別是，但不排他地，有關於CFE熱交換器與下游冷卻的整合。本揭示之實施例提供一種反應器流出物冷卻系統，其可沿著一個單軸有效地將來自反應系統的流出物冷卻至適合再壓縮及/或從待再循環材料中分離出所需產物的溫度，方向沒有實質改變且無需在多個並聯單元之間重新分配流體。

本揭示的實施例可包括熱交換裝置、系統及方法，其中纏繞式熱交換器配置有至少二個熱傳表面。該熱傳表面可以多種不同的形狀因數或配置來提供。例如，該熱傳表面可各為各自的多個盤管或管束。與各熱傳表面相關聯的管界定出各自的迴路，供熱傳介質流過該熱交換器的特定部分，以便與流過該熱交換器的流出物相互作用。對應於該第一熱傳表面之管的第一迴路，可用於從通過該熱交換器之流出物流中，經由相對於一進料流中的至少一個的間接熱傳、藉由產生蒸汽或經由其他中間流體來回收熱。對應於該第二熱傳表面之管的第二迴路，係用於藉由與至少一個附加流的間接熱傳來進一步冷卻該流出物，而不需在該等迴路之間抽出該流出物。該第一及第二迴路容納在一個共同的殼體內，且該流出物沿著平行於該殼體的軸線的方向從入口到出口流過該殼體，方向沒有實質改變。可使用超過二個管迴路或束，例如第一管迴路可藉由從鍋爐給水產生蒸汽來冷卻流出物流，第二管迴路可進一步冷卻流出物流並藉由間接加熱一進料流來回收熱，及第三管迴路可藉由與一冷卻劑流的間接熱傳來進一步冷卻流出物流。其他配置也是可能的。

該第一及第二迴路可以創建並行或交替的子迴路這樣的方式配置，此等可根據操作負荷單獨地啟動，以增加或減少進料或冷卻劑流。例如，該第一迴路可為一多管束，每個具有各自的入口且一起被組合在一管板中。因此，該束中每個入口及相應的管可為該第一迴路之各自的子迴路。在一個實施例中，熱交換器係以纏繞管式熱交換器的形狀因數提供，其配置成具有繞著單個殼體中的心軸纏繞的二個盤管組或束。每個管束可繞著具有公共軸線之分開的心軸纏繞，或可繞著單個公共心軸纏繞。該等管係盤繞而成，在該等管之間具有一軸向及徑向的間距，其中該徑向間距遠大於該軸向間距。在一些實施例中，該徑向間距可比該軸向間距大十倍或更多倍。

因此，本揭示的概念用單個熱交換器殼體代替具有多個並聯或串聯的單元及與其相關聯的管道之熱交換系統，該單個熱交換器殼體將反應器流出物冷卻至可供進一步的下游處理所需要的溫度，而流出物通過殼體的方向沒有實質改變。因此，本揭示的概念降低了熱交換器系統的總資本及操作成本，同時還降低了系統中的壓降，從而提高產率。

本揭示之概念的附加益處及優點將參考附圖詳細描述，或者相關領域的普通技術人員在審閱本揭示後以其他方式理解。

詳細說明

相關領域的普通技術人員將理解，本揭示僅是示例性的而不以任何方式進行限制。本領域技術人員在本揭示的幫助下容易想到本揭示的系統及方法的其他實施例。

本文揭示的每個特徵及教示可單獨使用，或與其他特徵及教示結合使用以提供熱交換器裝置、系統及方法。參考附圖進一步詳細地描述利用許多這些附加特徵及教示(單獨的及組合的)的代表性例子。此詳細描述僅旨在教示本領域技術人員用於實踐本教示的各態樣的進一步細節，非旨在限制本發明申請專利範圍的範疇。因此，詳細描述中揭示的特徵的組合，在實踐最廣義的教示上可能不是必需的，而是僅僅用於描述本教示的特別代表性範例。

此外，該代表性範例與附屬項的各種特徵可以未具體且明確列舉的方式組合，以便提供本教示之額外有用的實施例。還明確指出的是，出於原始揭示的目的以及為了限制所請求保護的主題的目的，實體(entities)群的所有值範圍或示值，揭示了每個可能的中間值或中間實體。還明確指出的是，圖式中所示的組件的尺寸及形狀係設計用以幫助理解如何實踐本教示，但不旨在限制一些實施例中的示例中所示的尺寸及形狀。在一些實施例中，圖式中所示的組件的尺寸及形狀完全按比例繪製且旨在限制該組件的尺寸及形狀。

一般而言，本揭示的概念係用於從許多製程的反應器流出物中回收熱，降低總壓降、減少設備數量並提高技術的投資回報。該投資回報率的提高是減少管道及占地空間以及降低壓降的結果，這可允許反應器在較低的壓力下操作並提高產率，或者可降低與下游之流出物之未反應部分的分離及再循環相關聯的壓縮成本。本揭示的概念可與任何一種在熱流出物及冷進料流之間間接交換熱，隨後該流出物相對於一附加流額外的間接冷卻之熱回收模式一起使用。

雖然本揭示將繼續描述對於石化加工及精煉可能特別有利的熱交換器系統及熱交換裝置的某些範例，如，至少在丙烷脫氫以製造丙烯方面，但是應當理解，本揭示的概念可應用於廣泛的技術及工業。具體地，本揭示的概念可同等地應用於任何利用熱交換器連通與分離及附加的下游冷卻器之工業或技術，如至少在離岸、精煉、電力、石化或造紙及食品工業方面。此外，本揭示的概念可應用於最大化熱傳與壓降之比係有利的技術及工業。因此，本揭示的概念不限於下面所提供的範例。

圖1A及圖1B是已知處理系統20的示意圖。特別是，圖1A是CATOFIN設備的熱回收系統22的示意圖。除非上下文另有明確說明，否則“CATOFIN”意指“催化烯烴”且意指烷烴催化脫氫以產生烯烴的技術，包括，但不限於，異丁烯、正丁烷或丙烷分別地脫氫為異丁烯、正丁烯或丙烯。圖1B是處理系統20的熱回收系統22的示意圖，示出熱回收系統22各方面的示例位置及配置。

從圖1A開始，處理系統20包括熱回收系統22，具有進料流出物熱交換器24及進料流出物熱交換器24下游的冷卻器26。運行中的反應器流出物藉由熱回收系統22 (藉由產生蒸汽、在進料-流出物熱交換器24中預熱該進料及將熱排到冷卻器26的冷卻水中)而從575℃冷卻至約30-40℃。流向該運行中的反應器之反應器進料及循環物先在熱交換器24中被反應器流出物加熱，接著被進料加熱器28加熱。在一個實施例中，熱交換器24及冷卻器26是殼管式裝置，但具有下面進一步解釋的特殊設計考量。

近來，隨著燃料成本的增加，或者為了最小化來自燃燒化石燃料的排放，期望以蒸汽產生為代價，藉由相對於約490℃的流出物入口溫度將進料預熱到400 - 475℃的溫度，最大化熱回收。由於涉及溫度，系統20中的管通常是奧氏體不銹鋼。儘管可回收的熱量可能受到熱管板處的焦化及冶金方面的考慮因素的限制，但通常熱交換器應該具有非常高的效率。所需的效率通常用熱交換“效率”來表示，其定義為從冷卻流體傳遞至加溫流體的熱，佔最大可能的熱回收的百分比。在某些情況下，還有其他限制或要求。例如，用於丙烷或丙烷丁烷組合的脫氫之Catofin™製程需要反應在減壓下進行，因此氣體的壓力損失必須保持盡可能的低，以維持高選擇性。在一個實施例中，系統20係設計用於高回收(低蒸汽)應用，且熱效率大於90%，這導致高表面積要求。

在操作中，離開熱交換器24的流出物在產物壓縮及再循環之前，先在分離的殼管式流出物冷卻器組26中進一步冷卻。因為該反應器在低於大氣壓的壓力下運行，因此最小化通過熱回收段的流出物的壓降是重要的設計因素，以便提高反應器產率並最小化壓縮機30的壓縮功率。

轉向圖1B，其更詳細地示出熱回收系統22。熱交換器24可包括數個並聯或串聯配置的管殼式熱交換器，及冷卻器26可包括數個並聯或串聯配置的管殼式流出物冷卻器。熱交換器24及冷卻器26的確切數量及配置可基於系統20 (圖1A)的操作負荷及其他設計因素來選擇。圖1B還示出熱交換器24及冷卻器26藉由相當長的管道以及各種彎管、三通管及肘管連接。管道的額外長度以及額外的連接器產生了本文所述之已知系統的缺點，即高壓降、不良分布及結垢的可能性、產量降低、總資本成本及系統所利用的空間增加、使用大量電力進行回收以及相關的成本增加，以及產生大量排放物等。

還存在與高回收(低蒸汽)處理系統20相關的另外的設計考慮因素及缺點，因為可回收的熱量可能受到熱管板處的焦化及冶金考慮因素的限制，使得可能需要至少一些蒸汽產生來降低流出物溫度。例如，參考圖1A及圖1B，除了冷卻器26之外，系統20還可能包括反應器流出物蒸汽發生器(“RESG”)，其將反應器流出物的一部分從575℃冷卻至約295℃，同時產生高壓蒸汽，如約44巴絕對壓力的蒸汽，而其餘部分旁繞過該蒸汽發生器。RESG周圍的旁路係開放的，當RESG本身具有295℃的出口溫度時，熱交換器24的入口在混合後降至低於500℃。

熱交換器24是安裝在RESG之後的第二冷卻器。熱交換器24冷卻反應器流出物，同時將送至進料加熱器28的進料預熱至400 - 475℃。應用於此用途的管殼式熱交換器由於極低的容許壓降及潛在的結垢，設計成使流出物在管程(熱側)流動，如上所述。因此，進料分配在殼程(冷側)。由於管程熱傳係數非常低，這種配置導致需要非常大的表面積。因此，利用多個並聯熱交換器來滿足這些設計考慮。較大的殼程體積對配置該殼程以確保濕表面上的適當分佈及溫度均勻性構成挑戰。

此外，對於熱交換器24中的脹縮接頭機構有特殊的考慮。由於熱交換器24的設計、操作條件及尺寸，嘗試採用傳統的脹縮接頭解決方案，如法蘭及煙道或內部波紋管可能非常具有挑戰性。

更進一步，應解決殼程流分佈問題，以確保管板中所有管的熱膨脹均勻性。為了確保該流出物流動均勻分佈到管中，來自蒸汽發生器及/或旁路混合器的入口管道配置成使得管道肘管與管板距離至少5個管道直徑。這種配置利用額外的空間，同時也可能產生壓降。已知的熱交換器24的一些例子還利用特殊的分配器設計來最小化橫過管板的溫度變化，這增加了系統20的成本及複雜性。

熱交換器24下游的冷卻器26使用冷卻劑(殼程)盡可能低地冷卻反應器流出物(管程)，其可為開放或閉合迴路冷卻水系統，或閉合迴路乙二醇水冷卻系統或其他水性或非水性液體冷卻劑系統。該反應器流出物被冷卻至盡可能接近冷卻劑溫度的溫度，以允許反應器流出物蒸氣在產物氣體壓縮機30中有效的壓縮。由於流出物側允許的壓降非常低，因此使用多個並聯的單元，且較佳地與熱交換器24的數量相同。這種配置導致冷卻器26的冷卻水(CW)殼程的速度非常低且存在停滯的風險。流出物冷卻器可能會因冷卻水流速低而結垢，特別是當該冷卻水系統不是閉合迴路的情況下。由於溫度低，管子採用碳鋼；然而，冷卻水停滯可能導致腐蝕。結果，冷卻器26的殼程利用技術來最小化停滯，但是由於上述因素，設計足夠的速度，如大於0.6米/秒(“m/s”)，或更佳地大於1.0 m/s可能非常具有挑戰性。

總結，熱交換器24及冷卻器26中之高熱回收及低壓降的組合，對於系統20中殼管式熱交換器的設計構成挑戰。例如，為了實現低壓降，流出物在管程上流動，且管徑大於25毫米(“mm”)。另外，管程流體熱傳阻力大得多，且使用大量的管，這導致使用了多個並聯的單元來實現有效冷卻。熱交換器24需要高效率，如大於90%的逆向流動，且交換器相對較長。殼程體積大，一般無法充分利用可用的殼程壓降，且殼程分佈差，這會導致個別管之間熱膨脹不均勻。系統20還可能具有上述的額外缺點。

圖2是處理系統100的實施例的示意圖。在一個實施例中，處理系統100是CATOFIN設備，其與如下所述的系統20不同，但本揭示不限於此。系統100包括熱交換器102、加熱器104、反應器106及蒸汽發生器108。熱交換器102與加熱器104連通，加熱器104與反應器106連通。反應器106可操作以輸出流出物，其中至少一部分的流出物與蒸汽發生器108連通。蒸汽發生器108及該流出物的剩餘部分與熱交換器102連通。總之，熱交換器102可操作以經由相對於反應器進料流的至少一個的間接熱傳遞、藉由產生蒸汽或經由其他中間流體，從該流出物回收熱來冷卻來自反應器106的流出物。

除非上下文及語言另有明確說明，否則短語“反應器進料流”或“進料流”是指源自精煉或部分精煉的石油餾分的化學原料，主要用於製造燃料、化學品、合成橡膠及各種塑料，且明確包括，但不限於，用於藉由加氫處理來生產所需產品的製程的進料，如渦輪機燃料、柴油及被稱為中間蒸餾油的其他產品，以及較低沸點的烴液體，如石腦油及汽油；藉由蒸餾從原油中回收的製氣油及重製氣油。“反應器進料流”或“進料流”的原料的例子進一步包括，但不限於，用於藉由催化脫氫(CATOFIN)生產烯烴的丙烷或丁烷、用於生產1,3丁二烯的正丁烷或正丁烷與正丁烯的混合物、重質重組油、烷基轉移二甲苯或與氫氣混合用於生產對二甲苯的混合二甲苯進料流。在所有情況下，該進料流可由新鮮進料混合與從分離段再循環的未反應進料組成。

熱交換器102包括入口110及出口 112，其中平面114通過熱交換器102。第一熱傳表面116配置在平面114的第一側上、熱交換器102的第一部分118中，及第二熱傳表面120配置在平面114之與該第一側相反的第二側上、熱交換器102的第二部分122中。熱交換器102的第一及第二部分118、122可對應於熱交換器102的殼體的部分，這些部分彼此整合在單一個單位殼體中，如下文進一步描述的。因此，熱交換器102界定出反應器106的流出物從入口110到出口112的流動路徑，而該流出物的方向沒有實質改變。第一及第二熱傳表面116、120沿著通過熱交換器102的流動路徑與該反應器流出物相互作用，沒有改變該反應器流出物的流動方向。此等第一及第二熱傳表面116、120可為各自的多個盤管或管束，其界定出供熱傳介質流過熱交換器102之各自的第一及第二迴路(或與每個管相關聯的子迴路)。

在操作中，進料流(其在一個非限制性例子中為丙烷進料)沿著流動管線124輸送且在平面114上方的點處進入熱交換器102，並與第一熱傳表面116相互作用。除非語言及上下文另有明確規定，否則“流動管線”被解釋為意指任何能夠輸送流體的結構，包括，但不限於，導管、管道等等。來自流動管線124的進料流123，經由第一熱傳表面116相對於熱交換器102中的反應器流出物流而被加熱，且經由流動管線126離開熱交換器102至加熱器104。加熱器104可操作以將來自第一熱傳表面116的進料流的溫度升高至供反應器106處之反應的選定溫度。然後該經加熱的進料流從加熱器104經由流動管線128被提供至反應器106。如上所述，反應器106可操作以沿著管線130輸出流出物。管線130中的反應器流出物可被分成二個部分，即第一流出物部分130A及第二流出物部分130B。第一流出物部分130A在蒸汽發生器108中被冷卻。第二流出物部分130B沿著管線132旁繞過蒸汽發生器108。然後第一及第二流出物部分130A、130B在蒸汽發生器108的下游結合並混合。所產生之結合的流出物流被提供至熱交換器102的入口110。

該結合的流出物流從入口110至出口112經過熱交換器102，且相對於第一及第二熱傳表面116、120連續地被冷卻。在一個實施例中，熱交換器102的第一部分118是該熱交換器在平面114上方的上部部分，其中熱交換器102大體上垂直配置。因此，該結合的流出物先經由第一熱傳表面116相對於該進入的進料流124而被冷卻。熱交換器104的第二部分122可為熱交換器102的下部部分，其中冷卻劑流沿著管線134、136與第二熱傳表面120相互作用。在該流出物經過第一熱傳表面116之後，第二熱傳表面120冷卻該結合的流出物。因此，第一及第二熱傳表面116、120在平行於熱交換器102的軸線的方向上連續地冷卻該結合的流出物流，且該結合的流出物流的方向沒有實質改變。冷卻後，該結合的流出物流離開出口112，沿著管線138供進一步處理。

例如，管線138中之經冷卻的流出物可被饋至與熱交換器102的出口112連通的壓縮機140。壓縮機140與分離段142連通並驅動該經冷卻的流出物流過分離段142。分離段142用虛線框示意性地示出，表明分離段142可包括各種已知的階段、裝置及系統，如至少圖1A中壓縮機30下游的那些，用於分離沿著管線144之任何有用的產物及/或副產物，並回收沿著流動管線146之未反應的進料，以與諸如來自流動管線123的新鮮進料混合，形成該進料流，其如上所述經由流動管線124提供至第一熱傳表面116，並最終到達反應器106。因此，在第一熱傳表面116處經由相對於該反應器流出物的熱傳遞而被加熱的反應器進料，可包括經由管線123的新鮮進料以及沿著管線146來自分離階段142之再循環及未反應的進料。

在一些實施例中，反應器106的出口112與壓縮機140的吸入口或入口之間的壓力變化，除了與穿過熱交換器及直管段的壓降相關聯的高差損失之外，還包括不超過8個速度高差，較佳地小於8個速度高差。“速度高差(velocity head)”是估算管道系統中因彎管、肘管及三通管等配件造成的損失的常用方法。Perry's Chemical Engineering handbook第7版第6-18節表6-6列出通過各種配件之湍流的額外摩擦損失，以速度高差(“K”)數表示。與配件相關聯的壓降(“DP”)可按以下公式計算。 DP = sK x 0.5 x (密度) x (速度)^2

該公式中，sK是該系統中速度高差數的總合，密度(kg/m ³)及速度(m/s)是根據流量及管道尺寸計算。因此，系統100中的壓力變化或壓降(DP)主要歸因於熱交換器102，而不是中間管道及其他結構，以及因系統100 (以及本文描述的其他系統)中的彎管、肘管及三通管引起的方向變化而導致的速度高差(K)總合小於8。

在利用本揭示之熱交換器概念並參考圖8進一步描述的非限制性例子中，總K值為3.5 (七個大彎肘管各具有K值0.5)。相比之下，參考圖1A及圖1B所描述的已知系統20中，由於需要在多個並聯的交換器24之間分配該流，然後收集並重新分配該流至下游冷卻器26，因此必然存在大量的方向變化。例如，在圖1B的熱回收系統22及包括這種熱回收系統22之圖1A的系統20中，存在10個大彎肘管(每個具有K=0.5)及四個分支三通管(每個具有K=1.0)，其總K值可為9個速度高差。因為已知的系統20包括如本文所述之額外的中間管道及其他方面，所以反應器與壓縮機之間的壓力變化可能大於通過熱交換器24及下游冷卻器26的壓力變化的1.5倍。

圖3是處理系統200之一個實施例的示意圖。雖然系統100可提供本文所述的益處及優點，但藉由消除燃燒及減少或消除直接二氧化碳排放，如系統200中那樣，可實現額外的優點。系統200包括彼此流體連通的熱交換器202、加熱器204及反應器206。注意，系統200的加熱器204可為電加熱器且系統200不包括如系統100中的蒸汽發生器。結果，系統200不使用含碳氣體的燃燒，因此在操作期間不會產生二氧化碳的直接排放，這進一步提高了投資回報率，同時降低系統200的總體環境影響。

在系統200中，熱交換器202通常可與系統100中的熱交換器102相似。簡言之，熱交換器202包括入口208及出口210，其中第一熱傳表面212配置在熱交換器202中通過熱交換器202的平面214上方，且第二熱傳表面216配置在熱交換器202中平面214下方。因此，熱交換器202具有從入口208到出口210通過熱交換器202的流動路徑，其按順序經過第一熱傳表面212及第二熱傳表面216，流體流過熱交換器202的方向沒有實質改變。

在系統200的操作期間，進料流218在平面214上方進入熱交換器202並與第一熱傳表面212相互作用。在一個實施例中，進料流218是烴進料或混合與氫氣的烴進料，且可由新鮮進料混合與從分離段回收的再循環未反應進料組成。該進料流沿著管線220離開熱交換器202，然後被提供至加熱器204。加熱器204可為具有安裝在耐火材料襯裡的容器上的輻射加熱元件的電加熱器，該電加熱器可操作以將該進料流加熱至適合輸入到反應器206的溫度。在該進料流被加熱器204加熱後，將該進料流沿著管線222提供至反應器206。反應器206可操作以將流出物沿著管線224直接輸出至熱交換器202的入口208。熱交換器202利用在第一熱傳表面212處的進料流218以及利用沿著管線226、228提供至第二熱傳表面216之分離的冷卻劑流來冷卻該流出物。除非上下文及語言另有明確規定，否則術語“冷卻劑”應廣義地解釋為意指能夠用於移除熱的液體或氣體，包括，但不限於，在開放或閉合迴路系統中的冷卻水、在閉合迴路冷卻系統中的乙二醇水或在此類冷卻劑系統中的其他水性或非水性液體。冷卻後，該流出物離開熱交換器202以供在230處進一步處理。

因此，在一些實施例中，來自反應器206的流出物沒有被分成用於額外冷卻的組成部分，而是直接從反應器206提供至熱交換器202。這種配置進一步減少了系統200中的管道、設備成本、占地空間及壓降。然而，因為該反應器流出物在進入熱交換器202之前沒有被冷卻，所以進入熱交換器202的流出物可具有相對於系統100更高的溫度。因此，進料流218可同樣被加熱至比系統100中更高的溫度。在一些實施例中，進料流218之較高溫度減少了加熱器204的操作負荷，且使得能夠使用電加熱器而不是基於含碳氣體的燃燒操作的加熱器。

可以理解的是，為了最小化或者甚至完全避免燃燒燃料及蒸汽生成，熱回收效率較佳地非常高，以確保從熱流出物流中提取最大可能的能量。該熱效率可基於從流出物流回收的熱量除以理論上最大可能的熱回收來定義。圖2中的熱交換器102及圖3中的熱交換器202以及本文所述的其他熱交換器的熱效率，通常將高於85%，較佳地高於90%。已知的系統通常包括用於CFE的直管或通道，其無法達到與本揭示的概念於單個熱交換器殼體中相同的效率位準。已經發現，與已知的解決方案相比，在單個殼體中使用纏繞在心軸上的盤管，提供了大於85%的熱效率，或大大地減少個別的殼體數，這具有本文描述的益處及優點。

圖4A是熱交換器300的一個實施例的示意圖。除非本文另外提供，否則熱交換器300可類似於分別參考系統100、200描述的熱交換器102、202。熱交換器300包括殼體302，其通常可如圖4A所示的垂直配置。殼體302包括入口304及出口306，用以界定通過殼體302的流動路徑。此外，殼體302具有縱向軸線308，其可為通過殼體302的垂直中心線，其中入口304及出口306以軸線308為中心。平面310經過殼體302及軸線308。在一個實施例中，平面310是通過殼體302的水平面，其與通過殼體302的縱向軸線308相交，使得平面310垂直於軸線308。

平面310將殼體302分成第一部分312A及第二部分312B，且可為殼體302的一個概念分界線，提供有關本揭示之概念額外的內容。實務上，殼體302是具有包括第一及第二部分312A、312B之連續主體的單個、整體、單式組件。殼體302的第一部分312A是殼體302的上部，位在平面310的第一或上側上，而殼體302的第二部分312B是殼體302的下部，位在平面310之與該第一側相反的第二或下側。此外，入口304通向殼體302的第一部分312A，及第二部分312B通向殼體302的出口306。因此，通過殼體302的流動路徑按順序穿越入口304、殼體302的第一部分312A、殼體302的第二部分312B及出口306。該流動路徑因此依循殼體302的縱向軸線308，沿著該流動路徑的流體或流出物的方向沒有實質改變，如箭頭314大致上表示的。

熱交換器300還包括第一熱傳表面316及第二熱傳表面318。在一或多個實施例中，平面310是通過殼體302且位於第一熱傳表面316與第二熱傳表面318之間的水平面，而不是如本文所述穿過殼體302的中心的水平面。此外，平面310可為一參考表面，所有流出物均流過該參考表面而方向沒有實質改變，如本文所述。第一熱傳表面316配置在殼體302的第一部分312A中，而第二熱傳表面318配置在殼體302的第二部分312B中。第一及第二熱傳表面316、318示意性地示出為圓柱體，但實務上，第一及第二熱傳表面316、318可包括其間具有間隙之多個盤管，以增加與沿著流動路徑314流動的流出物的接觸表面積，參照圖7所示及更詳細的描述。例如，在一些實施例中，第一及第二熱傳表面316、318可為不同的盤管束，各含有繞著單個心軸320配置之各自的多個盤管，其中該各自的盤管束沿著心軸320彼此間隔開。

心軸320可與縱向軸線308對齊，使得對應於第一熱傳表面316的第一盤管束或多個第一盤管，及對應於第二熱傳表面318的第二盤管束或多個第二盤管，以縱向軸線308為中心呈連續管層之方式環繞心軸320。在一個實施例中，對應於第一及第二熱傳表面316、318的多個盤管或管束中的每一個，可具有大致上相同的尺寸或長度。此外，單個心軸320可為在其長度上具有恆定直徑之連續、整體的、單式的結構。第一及第二熱傳表面316、318連接至管板組322、324、326、328以實現本文所述的流程方案。特別是，如本文所述，管板322、324、326、328可將冷卻劑或進料流傳送至、通過及離開熱傳表面316、318，以便從沿著流動路徑314流動的反應器流出物回收熱。

在另一個實施例中，熱交換器300包括多於一個心軸320，如圖4B中所示。圖4B的熱交換器300包括至少二個心軸320，即第一心軸320A及第二心軸320B。第一及第二心軸320A、320B中的每一個可沿著軸線308配置，即與軸線308同心。或者，心軸320A、320B可平行於軸線308，但偏離軸線308或與軸線308間隔開。包含第一熱傳表面316的盤管或管束可繞著第一心軸320A配置，而包含第二熱傳表面318的盤管或管束可繞著第二心軸320B配置。此外，心軸320A、320B中的每一個可具有相同或不同的尺寸或直徑。例如，第一心軸320A可具有比第二心軸320B更小的直徑及更大的長度。本文考慮其它各種心軸320A、320B尺寸。

此外，在一些實施例中，心軸320A、320B是彼此間隔開的分離且不同的結構，或者以其他方式彼此不直接流體連通。在一個實施例中，心軸320A、320B可任擇地經由以虛線示意性示出的配件321這樣直接流體連通。此外，在一些實施例中，第一熱傳表面316通常具有比第二熱傳表面318更大的尺寸或更長的長度。因此，第一及與二熱傳表面316、318之間的平面310可與殼體302的中心偏移或間隔開，使得殼體302的第一及第二部分312A、312B具有不同的尺寸(即，第一或上部312A大於第二或下部312B)。

圖4A及圖4B中熱交換器300的配置與已知的熱交換器相比具有許多優點。特別是，第一及第二熱傳表面316、318可將沿著流動路徑314的反應器流出物冷卻至期望的溫度，無需分離的下游冷卻單元且沒有使該流出物的流動方向實質離開縱向軸線308。因此，通過熱交換器300的反應器流出物中的壓降顯著降低。壓降的降低最小化壓縮成本，還提高了有利於較低壓力的化學反應選擇性之反應器產率。該壓降降低至少部分歸因於將流出物冷卻處理結合在同一個殼體302中，此消除了利用管道將經冷卻的流出物從熱交換器300遞送至流出物冷卻器，以及與用於分配該流的入口損失、彎管及三通管相關聯的壓降。

此外，相對於已知的熱交換器，與熱交換器300相關聯的佔地面積及資金成本顯著地減少。對於使用大型管道系統(如，直徑為20英寸或更大的管道)之低壓下的流出物來說，這些好處尤其明顯。最後，第一及第二熱傳表面316、318在熱交換器300的不同段中以並行或交替的熱回收或冷卻迴路操作，其中操作容量可根據合併熱交換器300的系統的操作負荷而變化。換言之，通過每個熱傳表面316、318的冷卻劑容量可因應較大處理系統的操作特徵作調節，這優化了冷卻劑的消耗且使能夠因應更廣泛的系統中不斷變化的需求實現更高效的處理應用。

圖5是本文所述的熱交換器300中第一及第二熱傳表面316、318的各方面之間的間隔的示意圖。如上所述，第一及第二熱傳表面316、318 (圖4A及圖4B)可為繞著殼體302之縱向軸線308配置的不同盤管束。每個盤管束可包括各自繞著殼體302之縱向軸線308盤繞之多個管330。每個束中之管的數量、尺寸及配置可根據設計因素來選擇。在一個實施例中，管330在垂直於縱向軸線308的徑向方向X上具有第一間距P1，其大於在平行於縱向軸線308且與縱向軸線308對齊的軸向方向Y上的第二間距P2。在一些實施例中，第一間距P1平均值比第二間距P2的平均值大10倍或更多。因此，第一間距P1與第二間距P2的比可表示為＞10：1。

第一及第二熱傳表面316、318 (圖4A及圖4B)的某些實施例的每個盤管束中管330之間的平均間距P1、P2是重要的，因為利用熱交換器300 (圖4A及圖4B)可實現之壓降的減小，至少部分歸因於使流出物在層間具有相對大的徑向間距之結構外側上流動。換言之，本文中描述的特定間距P1、P2使能夠藉由在管330之間提供大的徑向間距進一步減小壓降，該大的徑向間距不會阻礙該流出物流動通過熱交換器300 (圖4A及圖4B)或以其他方式實質改變該流出物流動通過熱交換器300 (圖4A及圖4B)的方向。相對較小的第二間距P2會增加管330與該流出物接觸的表面積而改善熱傳，同時也沒有大到足以改變該流出物流動的方向而實質離開縱向軸線308。因此，管330之間的間距P1、P2相對於習用熱交換器提供了進一步的益處及優點。

圖6是根據本揭示之至少一些實施例的熱交換器300的等角外部視圖。如箭頭332所示，將一流出物流(如，來自反應器)提供至殼體302的入口304。如箭頭334所示，使該流出物沿平行於縱向軸線308的方向通過殼體302流至殼體302的出口306，供進一步的下游處理，且與縱向軸線308的方向沒有實質改變。除非上下文另有規定，否則當描述流出物流動的方向時，“方向沒有實質改變”意指總體流主要在盤管層之間且平行於軸線308，應理解，由於溫度裝置或其他突起等組件，可能存在影響總體總流體流的10%或更少、或更佳地5%或更少的微小偏差，這不會顯著影響總體流的方向。此外，只要橫截面的改變保持共同的縱向軸線，則總體流的橫截面積的改變不被視為是“方向實質改變”或偏離總體流的方向。由於湍流或該流動的湍流性質而導致的小規模(即，小於單管直徑)流動方向的改變不被視為“方向實質改變”或偏離縱軸，因為其等不會影響該流的整體主要方向。在至少一些例子中，當描述流出物流動的方向時，“方向沒有實質改變”意味著至少90%的總體流、或更佳地至少95%的總體流，平行於縱向軸線308，或與縱向軸線308平行的偏差在可接受的範圍內(即，平行的偏差在3度內)。在一些實施例中，“沒有實質偏離縱向軸線”可具有與以上提供的“方向沒有實質改變”相似的含義。

箭頭336對應於沿著管線338將一冷進料流引入熱交換器300。如圖6所示，管線338連接至平面310上方的殼體302，使得冷進料流336被引入至平面310上方的熱交換器300。冷進料流336經由與熱交換器300中的流出物流相互作用而被加熱，產生一經加熱的進料流。該經加熱的進料流由箭頭340表示，沿著管線342在入口304附近或在熱交換器300的頂部附近離開熱交換器300。因此，可將該冷進料流提供至平面310上方的殼體302的第一部分312A的底部，並沿殼體302的第一部分312A垂直向上行至殼體302的頂部，然後在340處以經加熱的進料流之形式離開該殼體，界定出通過熱交換器300的第一迴路。

通過熱交換器300的第二迴路，包括冷卻劑流344，其被提供至在殼體302的第二部分312B的底部處及平面310下方連接至該殼體的管線346，其亦對應於鄰近出口306的殼體302的底部。冷卻劑流344沿著縱向軸線308相對於該流出物流被加熱而產生一經加熱的冷卻劑流348。經加熱的冷卻劑流348經由連接至該殼體的第二部分312B的頂部且位於平面310下方的管線350離開殼體302。因此，冷卻劑流344垂直向上行通過殼體302的第二部分312B而完成該第二迴路。

總之，該第一迴路係用於經由相對於(i)進料流；(ii)藉由產生蒸汽；及/或(iii)藉由其他中間流體中的至少一個的間接熱傳，從該流出物流中回收熱。該第二迴路係用於藉由與至少一個附加流的間接熱傳，在不取出該流出物之情況下，進一步冷卻該流出物，其中該第一及第二迴路及其等於熱交換器300中的配置提供了本文所述的益處及優點。

圖7是熱交換器300的第一部分312A沿著熱交換器300的縱向軸線308的示意性剖視圖。熱交換器300包括沿著縱向軸線308配置的心軸320。第一熱傳表面316可為盤繞心軸320的管束。特別是，圖7提供了第一熱傳表面316的管之纏繞角度的表現。該等管的總長度可藉由調節相對於穿過殼體302的水平面的纏繞角度，獨立於殼體302的直徑而變化。例如，減小相對於水平面的纏繞角度會增加管密度及管長度。熱交換器300還可包括位於殼體302與熱傳表面316、318之間的護罩352。示意性地示出熱交換器300的附加管354，用以展示管354之間的軸向及徑向間隔，如本文所述。管354還可配置在從心軸320到護罩352彼此重疊的同心層中，且各層由間隔件356分隔開。

熱交換器300可以克服本文討論的已知熱交換器的許多缺陷及缺點。例如，將已知系統20 (圖1A及圖1B)的多個且分離的熱交換器24及冷卻器26組合在熱交換器300的單個殼體302中。在熱交換器300中使用單個殼體302，消除了與已知系統300中以串聯及並聯連接及支撐多個殼管式熱交換器相關聯的大量管道系統及支撐結構，這提供了本文描述的益處。如上所述，熱交換器300中的管長度可藉由調節纏繞角度獨立於殼體302的直徑而變化。因此，熱交換器300比已知的熱交換器更緊密，且具有更高的總熱傳係數。用於冷卻的表面積小於等效的殼管式交換器，且在一些實施例中，熱傳表面316、318的表面積可約為已知熱交換器中的表面積的三分之一。此外，在單一列中可容納大容量或運行負荷。

熱交換器300比等效的管殼式熱交換器更緊密，這導致設備尺寸及數量的顯著減小。此外，用單個殼體取代多個交換器(串聯及並聯)可以減少管道、結構及安裝成本。藉由消除互連管道並利用管之間的間距(如圖7所示)，蒸汽發生器下游的流出物混合至壓縮機之間的壓降可減少約3-5 kPa。已經發現，此壓降減少中約一半係來自於減少系統中的管道長度、彎管、三通管及肘管，而另一半係來自於消除系統20中的多個熱交換器24及冷卻器26的組合壓降(圖1A及圖1B)。

最低壓降可能發生在殼程(即，圖7中標記為流出物(殼)的箭頭)。在熱交換器300中，流出物在配置於同心層中藉由間隔件356分隔開的管354之外部流動。藉由將較冷的進料置於管354中，熱端管板溫度降低了約30°C，這有效地將最大金屬設計溫度降低了相同的量，從而使能夠在最大溫度的約束內(由於材料限制或焦化沉積物的問題)，實現比如果將流出物置於管中可實現的更高的熱回收。該管層也形成了蒸氣流動的“通道”，其相對較大。如圖7所示，層之間的徑向間距(管之間外徑的距離)可能比軸向間距大十倍以上，因為各層中個別管之間僅存在最小的軸向間距。這種管佈局使堵塞的風險最小化且提供了垂直於流動相對大的開放面積，其使能夠在不會實質改變該流出物流動之方向的情況下流過該等層，如本文所述。

在熱交換器300中，該冷卻劑可為冷卻水且可以比已知的殼管式交換器(＜0.7m/s)顯著更高的速度(即，大約1.5-2米/秒(“m/s”))在管內流動。預計較高的速度將有利於促進管壁處較高的熱傳及較高的剪切應力，以提供自清潔。此外，該冷卻水將會排出，因此減少或消除管內停滯的可能性。該管材料可為不鏽鋼，這將進一步減輕腐蝕。

在已知的管殼式構造中，該流出物流過所有併聯的冷卻器以維持低壓。冷卻水不可避免地必須流過所有三個併聯的交換器，否則流出物無法冷卻至所需的溫度。如果可用的冷卻水流有限，則這樣的過程會導致殼程速度非常低。在熱交換器300中，可靈活地增加管纏繞角度以適應低水流速度。此外，如果冷卻流在操作期間由於某些原因而受到限制，則還可以通過熱交換器300的可用管的子集或子迴路來隔離冷卻水，如本文所述，以維持剩餘管中的高水流速度。

如上所述，可將該進料出口溫度限制在450℃，以最小化管板處焦化的風險。此溫度還可設定最大熱回收極限。與管板接觸的流體將趨向於現行的管板溫度，因此還應考慮金屬溫度。該管板溫度主要由管程流體的溫度決定。對於已知的管殼式設計，如在熱交換器24中，管程流體是熱流出物，使得管板將會接近490℃。

對於熱交換器300來說，該管程流體可為冷進料，使得該管板的平均溫度較低。對於450℃的進料溫度及490℃的流出物溫度，平均管板溫度從487℃降低到451℃。熱交換器300的管板溫度的降低使能夠實現更高的進料出口溫度。

圖8是包括熱交換器300的處理系統301的示意圖。特別是，提供圖8以展示熱交換器300相對於已知系統20的佔用空間、設備、連接、支撐結構的減少以及其他優點。如圖8所示，系統20 (圖1A及圖1B)的多個熱交換器24及冷卻器26被單個熱交換器300取代，以提供本文所述的優點。這種配置相對於系統20顯著地減少了系統301的管道，同時還減少了壓降並提供本文描述的其他優點。

鑑於上述，熱交換器系統的一或多個實施例可概括為包括：一殼體，其具有一縱向軸線，其中該殼體之一第一部分位於通過該殼體之一平面之一第一側上，及該殼體之一第二部分位於該平面之與該第一側相對的一第二側上；一第一熱傳表面，其在該殼體之該第一部分中；一第二熱傳表面，其在該殼體之該第二部分中；一進料流，其與該第一熱傳表面連通；一加熱器，其與該第一熱傳表面連通，可操作以加熱從該第一熱傳表面輸出的進料流；一冷卻劑流，其與該第二熱傳表面連通；及一反應器，其與該加熱器連通，可操作以將一流出物流動輸出至該熱交換器，該熱交換器配置成冷卻沿著該殼體之該縱向軸線通過該殼體之該流出物流動。

在一個實施例中，該進料流是反應器進料，且該冷卻劑流是水、乙二醇水或水性冷卻劑。

在一個實施例中，該冷卻劑流是開放迴路冷卻系統中的冷卻水。

在一個實施例中，該冷卻劑流是閉合迴路冷卻系統中的乙二醇水。

在一個實施例中，該冷卻劑流是開放迴路冷卻系統或閉合迴路冷卻系統中的水性或非水性液體冷卻劑。

在一個實施例中，該熱交換器的殼體係垂直配置的，且該縱向軸線是通過該殼體之一垂直中心線。

在一個實施例中，該平面是在該第一熱傳表面與該第二熱傳表面之間穿過該殼體的水平面。

該熱交換器系統可進一步包括延伸通過該殼體之至少該第一部分之一第一心軸，及延伸通過該殼體之至少該第二部分之一第二心軸。

在一個實施例中，該第一及第二心軸沿著該殼體之該縱向軸線從該殼體之該第一部分延伸到該殼體之該第二部分。

在一個實施例中，該第一熱傳表面是繞著該第一心軸配置之多個第一盤管。

在一個實施例中，該第二熱傳表面是繞著該第二心軸配置之多個第二盤管。

在一個實施例中，該熱交換器系統進一步包括沿著該殼體之該縱向軸線延伸之一單個心軸。

在一個實施例中，該第一及第二熱傳表面是各自繞著該單個心軸配置之多個盤管。

在一個實施例中，該熱交換器配置成可冷卻該流出物流動，而該流出物流動的方向沒有實質改變。

在一個實施例中，該熱交換器配置成可冷卻該流出物流動，而該流出物流動的方向沒有實質偏離該縱向軸線。

在一個實施例中，該熱交換器系統進一步包括與該熱交換器連通之一壓縮機，其中來自該熱交換器之經冷卻的流出物被饋至該壓縮機，且該反應器的出口與該壓縮機的吸入口之間的壓力變化不超過與該彎管、三通管、肘管或其他配件相關聯的8個速度高差，且不超過與該熱交換器相關聯的壓降的1.5倍。

系統的一或多個實施例可概括為包括：一熱交換器，其包括一殼體，該殼體具有一入口及一出口，該入口及一出口與通過該殼體從該入口至該出口之一縱向軸線對齊；一第一心軸，其沿著該殼體之該縱向軸線配置；該殼體中之一第一熱傳表面是繞著該第一心軸配置之多個第一盤管；一第二心軸，其沿著該殼體之該縱向軸線配置，及該殼體中之一第二熱傳表面是繞著該第二心軸之多個第二盤管；一進料流，其與該第一熱傳表面連通；一加熱器，其與該第一熱傳表面連通，可操作以加熱來自該第一熱傳表面之該進料流；一反應器，其與該加熱器連通，可操作以將一流出物流動輸出至該殼體之該入口，該第一熱傳表面及該第二熱傳表面可操作以冷卻沿著該流動路徑之該流出物流動。

在一個實施例中，該第一熱傳表面及該第二熱傳表面可操作以冷卻該流出物流動，而該流出物流動沿著該流動路徑的方向沒有實質改變。

在一個實施例中，該第一熱傳表面可操作以相對於來自該反應器之該流出物流動加熱該進料流，且將一冷卻劑提供至該第二熱傳表面。

在一個實施例中，該殼體包括在通過該殼體之一平面之一第一側上之一第一部分，及在該平面之與該第一側相對之一第二側上之一第二部分，及該進料流進入該熱交換器之該殼體之該第一部分中。

在一個實施例中，該熱交換器的殼體係垂直配置的，其中該縱向軸線是通過該殼體之一垂直中心線，該平面是經過該殼體中心之一水平面。

在一個實施例中，該熱交換器的殼體係垂直配置的，其中該縱向軸線是通過該殼體之一垂直中心線，該平面位於該第一與第二熱傳表面之間。

在一個實施例中，該流出物流動被分成一第一部分及一第二部分，且該系統進一步包括一蒸汽發生器，其與該反應器連通且可操作以冷卻該流出物流動之該第一部分。

在一個實施例中，該流出物流動之該第二部分旁繞過該蒸汽發生器。

在一個實施例中，該流出物流動之該第一部分及該第二部分在該蒸汽發生器的下游合併且被提供至該熱交換器之該入口。

在一個實施例中，該熱交換器系統進一步包括與該熱交換器之該出口連通之一壓縮機，其中來自該熱交換器出口之一經冷卻的流出物被饋至該壓縮機，且該反應器的出口與該壓縮機的吸入口之間的壓力變化，不超過與彎管、三通管、肘管或其他配件相關聯的8個速度高差，且不超過該熱交換器之該殼體之該入口與該出口之間的壓降的1.5倍。

方法之一或多個實施例可概括為包括：將一進料流提供至一熱交換器之一殼體之一第一部分中之一第一熱傳表面，該第一熱傳表面是繞著該殼體之一第一心軸配置之多個第一盤管；將來自該第一熱傳表面之該進料流提供至一反應器；將一冷卻流提供至該熱交換器之該殼體之一第二部分中之一第二熱傳表面，其中該殼體之該第一部分位於通過該殼體之一平面之一第一側上，且該殼體之該第二部分位於通過該殼體之該平面之與該第一側相對之一第二側上，及該第二熱傳表面是繞著該殼體中之一第二心軸配置之多個第二盤管；將來自該反應器之一流出物流動提供至該殼體之該第一部分之一入口；使該流出物流動沿著通過該殼體之一流動路徑流動，該流動路徑沿著該殼體之一縱向軸線從該殼體之該第一部分之該入口到該殼體之該第二部分之該出口；及利用該第一熱傳表面及該第二熱傳表面冷卻沿著該流動路徑之該流出物流動。

在一個實施例中，冷卻該流出物流動包括利用該第一熱傳表面及該第二熱傳表面冷卻該流出物流動，而該流出物流動沿著該流動路徑的方向沒有實質改變。

在一個實施例中，該殼體係垂直配置的，其中該縱向軸線是通過該殼體之一垂直中心線，且該平面是通過該殼體中心之一水平面，及該流動路徑是沿著該殼體之該縱向軸線。

在一個實施例中，將來自該反應器之該流出物流動提供至該殼體之該第一部分之該入口，包括將該流出物流動分成一第一部分及一第二部分，使該第一部分經過一蒸汽發生器，使該第二部分旁繞過該蒸汽發生器，在該蒸汽發生器的下游合併該流出物流動之該第一部分及第該二部分，及將該合併的流出物流動提供至該殼體之該第一部分之該入口。

該方法可進一步包括，在將該進料流提供至該第一熱傳表面之後，將來自該第一熱傳表面之該進料流提供至一加熱器，用該加熱器加熱該進料流，及將該經加熱的進料流提供至該反應器。

在一個實施例中，將來自該反應器之該流出物流動提供至該殼體之該第一部分之該入口，包括將該流出物流動直接從該反應器提供至該入口。

該方法可進一步包括將來自該熱交換器之經冷卻的流出物流動提供至一壓縮機，其中該反應器的出口與該壓縮機的吸入口之間的壓力變化包括不超過與彎管、三通管、肘管或其他配件相關聯的8個速度高差，且不超過該熱交換器之該殼體之該入口與該出口之間的壓降的1.5倍。

系統的一或多個實施例可概括為包括：一熱交換器，其包括具有一縱向軸線之一殼體，其中該殼體之一第一部分位於通過該殼體之一平面之一第一側上，及該殼體之一第二部分位於該平面之與該第一側相對之一第二側上；一或多個心軸，其沿著該殼體之該縱向軸線配置；一第一熱傳表面，其位在該殼體之該第一部分中；及一第二熱傳表面，其位在該殼體之該第二部分中；一進料流，其與該第一熱傳表面連通；一加熱器，其與該第一熱傳表面連通，可操作以加熱從該第一熱傳表面輸出之該進料流；一冷卻劑流，其與該第二熱傳表面連通；一反應器，其與該加熱器連通，可操作以將一流出物流動輸出至該熱交換器，該熱交換器配置成冷卻沿著該殼體之該縱向軸線通過該殼體之該流出物流動；及一壓縮機，其與該熱交換器連通。

在一個實施例中，來自該熱交換器之經冷卻的流出物被饋至該壓縮機，且該反應器的出口與該壓縮機的吸入口之間的壓力變化包括不超過與彎管、三通管、肘管或其他配件相關聯的8個速度高差，且不超過與通過該熱交換器之該流出物流動相關聯的壓降的1.5倍。

在一個實施例中，該第一熱傳表面及該第二熱傳表面是繞著該一或多個心軸配置之各自的多個盤管。

在一個實施例中，該一或多個心軸包括延伸通過該殼體之至少該第一部分之一第一心軸，及延伸通過該殼體之至少該第二部分之一第二心軸。

在一個實施例中，該第一熱傳表面是繞著該第一心軸配置之多個第一管，及該第二熱傳表面是繞著該第二心軸配置之多個第二管。

以上例示實施例之說明，包括摘要中描述的內容，並不旨在窮舉的或將實施方式限制為所揭示的精確形式。儘管出於說明性目的在本文中描述了具體實施例及示例，但是如相關領域的技術人員將認知到的，可以在不脫離本揭示的精神及範圍的情況下做出各種等效修改。本文提供的各種實施例的教示可應用於熱交換器環境之外，且不限於上面一般描述的示例熱交換器系統、方法及裝置。

本文描述的許多方法可以不同的變化來執行。例如，許多方法可以包括額外的動作、省略一些動作及/或以與所示或所描述的順序不同的順序執行動作。

在上面的描述中，闡述了某些具體細節以便提供對本揭示的各種實施例的透徹理解。然而，本領域技術人員將理解，在沒有這些具體細節的情況下也可以實踐本揭示。在其他情況下，與熱交換器、裝置及方法相關的眾所周知的結構沒有被詳細描述，以避免不必要地模糊本揭示的實施例的描述。

本說明書中使用的某些單詞及短語闡述如下。如本文件(包括發明申請專利範圍)全文所使用的，單數形式“一”、“一個”及“該”包括複數引用，除非另有說明。本文描述的任何特徵及元件可以是單數的，如，一殼可意指一個殼。術語“包括”及“包含”及其衍生詞意指包括但不限於。短語“與……相關聯”及“與其相關聯”以及其衍生詞可意指包括、被包括在其中、互連、含有、被包含在其中、連接到或與、耦合到或與、可連通、合作、交織、並置、接近、結合到或與、具有、具有...的特性等。在本揭示全文中提供了某些單詞及短語的其他定義。

使用諸如第一、第二、第三等序數詞並不一定意味著排序的順序感，而是可能僅區分一個行為或類似結構或材料的多個實例。

在整個說明書、發明申請專利範圍及圖式中，除非上下文另外明確指出，否則下列術語具有本文明確關聯的含義。術語“本文”是指與本申請相關的說明書、發明申請專利範圍及圖式。短語“在一個實施例中”、“在另一實施例中”、“在各種實施例中”、“在一些實施例中”、“在其他實施例中”及其等之其他衍生詞是指本揭示的一或多個特徵、結構、功能、限制或特性，且不限於相同或不同的實施例，除非上下文另外明確指出。如本文所使用的，術語“或”是包含性“或”運算子，且等同於短語“A或B，或二者”或“A或B或C，或其任何組合”，且具有附加元素的列表也進行類似處理。術語“基於”不是排他性的，且允許基於未描述的附加特徵、功能、方面或限制，除非上下文另外明確指出。另外，在整個說明書中，“一”、“一個”及“該”的含義包括單數及複數引用。

一般而言，除非另有說明，用於製造本發明及/或其部件的材料可以單獨或任何組合之方式選自適當的材料，如複合材料、陶瓷、塑料、金屬、聚合物、熱塑性塑料、彈性體、塑料化合物等等。

出於解釋的目的，前面的描述使用特定的專門名詞及公式來提供對所揭示的實施例的透徹理解。對於本領域技術人員來說顯而易見的是，實施本發明並不需要該具體細節。選擇以及描述實施例是為了最好地解釋所揭示的實施例的原理及其實際應用，從而使得本領域的其他技術人員能夠利用所揭示的實施例以及具有適合於預期的特定用途的各種修改的各種實施例。因此，前述揭示內容並非旨在窮舉或將本發明限制於所揭示的精確形式，並且本領域技術人員認識到，鑑於以上教示，許多修改及變化是可能的。

術語“頂部”、“底部”、“上部”、“下部”、“上”、“下”、“上方”、“下方”、“左”、“右”以及其他類似的衍生詞取其等之常用的含義作為方向或位置的指示。例如，重力將物體向下拉，左指的是在基本方向方案中朝北時朝西的方向。這些術語對於本揭示中明確揭示的、隱含揭示的或固有揭示的可能取向並不進行限制，且除非上下文另外明確指出，否則本揭示的實施例的任何方面可以配置在任何取向中。

如本文所使用的，術語“實質上”被解釋為包括由於製造中的微小差異及變化而導致的普通誤差範圍或製造公差。除非上下文另有明確說明，否則相對術語例如“大約”、“實質上”及其他衍生詞在用於描述值、量、數量或尺寸時通常指在所述值、量、數量或尺寸的正負5%內的值、量、數量或尺寸。還應當理解，本文提供的部件或特徵的任何具體尺寸僅用於參考本文描述的各種實施例的說明性目的，因此，在本揭示中明確設想包括大於或小於所述尺寸的尺寸，除非上下文另外明確指出。

根據上述詳細描述，可以對實施例進行這些及其他改變。一般而言，在下列發明申請專利範圍中，所使用的術語不應被解釋為將發明申請專利範圍限制於說明書及發明申請專利範圍所揭示的具體實施例，而應被解釋為包括所有可能的實施例以及此發明申請專利範圍所賦予的等同物的完整範疇。因此，所揭示的實施例的廣度及範疇不應受到任何上述實施例的限制，而應僅根據下列發明申請專利範圍及其等同物的界定。

20,100,200,301:處理系統,系統 22:熱回收系統 24:進料流出物熱交換器,熱交換器 26:冷卻器,殼管式流出物冷卻器組 28:進料加熱器 30:壓縮機,產物氣體壓縮機 102,202,300:熱交換器 104,204:加熱器 106,206:反應器 108:蒸汽發生器 110,208,304:入口 112,210,306:出口 114,214,310:平面 116,212,316:第一熱傳表面 118,312A:第一部分 120,216,318:第二熱傳表面 122,312B:第二部分 123:進料流,流動管線,管線 124:流動管線,進料流 126,128:流動管線 130,132,134,136,138,144,146,220,222,224,226,228,338,342,346,350:管線 130A:第一流出物部分 130B:第二流出物部分 140:壓縮機 218:進料流 301:處理系統 302:殼體 308:縱向軸線,軸線 314:箭頭,流動路徑 320:心軸 320A:第一心軸 320B:第二心軸 322,324,326,328:管板 321:配件 330:管 332,340,334:箭頭 336:箭頭,冷進料流 344:冷卻劑流 348:經加熱的冷卻劑流 352:護罩 354:附加管,管 356:間隔件 P1:第一間距,間距 P2:第二間距,間距

通過參考下列僅供說明目的之圖式將更完整地理解本揭示。這些非限制性且非窮舉的實施例係參考下列圖式進行描述，其中，除非另有說明，否則在各個視圖中相同的標記意指相同的部件。圖式中元件的尺寸及相對位置在一些圖示中不一定按比例繪製。例如，選擇、放大及定位各種元件的形狀以提高繪圖的易讀性。在其他圖式中，圖中元件的尺寸及相對位置完全按比例繪製。所繪製的元件的特定形狀可能是為了易於在圖中識別而選擇的。該等圖式並未描述本文所揭示的教示中的每個態樣，且不限制本發明申請專利範圍的範疇。

圖1A是已知的CATOFIN處理系統的示意圖。

圖1B是圖1A之已知的處理系統的熱回收系統的示意圖。

圖2是反應器流出物分開提供至根據本揭示之熱交換器之處理系統的一個實施例的示意圖。

圖3是反應器流出物直接提供至根據本揭示之熱交換器之處理系統的一個實施例的示意圖。

圖4A是根據本揭示之具有單個心軸之熱交換器實施例的示意圖。

圖4B是根據本揭示之具有多個分開的心軸之熱交換器實施例的示意圖。

圖5是根據本揭示之熱交換器中管之間的間距示意圖。

圖6是根據本揭示之熱交換器的等距視圖。

圖7是沿著圖6的熱交換器的縱向軸線的示意性剖視圖。

圖8是包括圖6的熱交換器的處理系統的示意圖。

100:處理系統，系統

102:熱交換器

104:加熱器

106:反應器

108:蒸汽發生器

110:入口

112:出口

114:平面

116:第一熱傳表面

118:第一部分

120:第二熱傳表面

122:第二部分

123:進料流，流動管線，管線

124:流動管線，進料流

126,128:流動管線

130,132,134,136,138,144,146:管線

130A:第一流出物部分

130B:第二流出物部分

140:壓縮機

Claims (39)

1. 一種系統，其包含： 一熱交換器，其包括： 一殼體，其具有一縱向軸線，該殼體之一第一部分位於通過該殼體之一平面之一第一側上，及該殼體之一第二部分位於該平面之與該第一側相對之一第二側上； 一第一熱傳表面，其位在該殼體之該第一部分中；及 一第二熱傳表面，其位在該殼體之該第二部分中； 一進料流，其與該第一熱傳表面連通； 一加熱器，其與該第一熱傳表面連通，該加熱器可操作以加熱從該第一熱傳表面輸出之該進料流； 一冷卻劑流，其與該第二熱傳表面連通；及 一反應器，其與該加熱器連通，該反應器可操作以將一流出物流動輸出至該熱交換器， 該熱交換器配置成冷卻沿著該殼體之該縱向軸線通過該殼體之該流出物流動。
2. 如請求項1之系統，其中該進料流是一反應器進料，及該冷卻劑流是水、乙二醇水或水性冷卻劑。
3. 如請求項1之系統，其中該熱交換器的殼體係垂直配置的，且該縱向軸線是通過該殼體之一垂直中心線。
4. 如請求項3之系統，其中該平面是在該第一熱傳表面與該第二熱傳表面之間穿過該殼體之一水平面。
5. 如請求項1之系統，其進一步包含： 一第一心軸，其延伸通過該殼體之至少該第一部分；及 一第二心軸，其延伸通過該殼體之至少該第二部分。
6. 如請求項5之系統，其中該第一及第二心軸沿著該殼體之該縱向軸線從該殼體之該第一部分延伸至該殼體之該第二部分。
7. 如請求項5之系統，其中該第一熱傳表面是繞著該第一心軸配置之多個第一盤管。
8. 如請求項7之系統，其中該第二熱傳表面是繞著該第二心軸配置之多個第二盤管。
9. 如請求項1之系統，其進一步包含： 一單個心軸，其沿著該殼體之該縱向軸線延伸。
10. 如請求項9之系統，其中該第一及第二熱傳表面是各自繞著該單個心軸配置之多個盤管。
11. 如請求項1之系統，其中該熱交換器配置成冷卻該流出物流動，而該流出物流動的方向沒有實質改變。
12. 如請求項1之系統，其中該熱交換器配置成冷卻該流出物流動，而該流出物流動的方向沒有實質偏離該縱向軸線。
13. 如請求項1之系統，其進一步包含： 一壓縮機，其與該熱交換器連通，其中來自該熱交換器之經冷卻的流出物被饋至該壓縮機，且該反應器的出口與該壓縮機的吸入口之間的壓力變化包括不超過與該彎管、三通管、肘管或其他配件相關聯的8個速度高差(velocity head)，且不超過與該熱交換器相關聯的壓降的1.5倍。
14. 如請求項1之系統，其中該冷卻劑流是開放迴路冷卻系統中的冷卻水。
15. 如請求項1之系統，其中該冷卻劑流是閉合迴路冷卻系統中的乙二醇水。
16. 如請求項1之系統，其中該冷卻劑流是開放迴路冷卻系統或閉合迴路冷卻系統中的水性或非水性液體冷卻劑。
17. 一種系統，其包含： 一熱交換器，其包括： 一殼體，其具有與通過該殼體之一緃向軸線對齊之一入口及一出口以界定出沿著該縱向軸線從該入口至該出口通過該殼體之一流動路徑； 一第一心軸，其沿著該殼體之該縱向軸線配置； 該殼體中之一第一熱傳表面，其是繞著該第一心軸配置之多個第一盤管； 一第二心軸，其沿著該殼體之該縱向軸線配置；及 該殼體中之一第二熱傳表面，其是繞著該第二心軸之多個第二盤管； 一進料流，其與該第一熱傳表面連通； 一加熱器，其與該第一熱傳表面連通，該加熱器可操作以加熱來自該第一熱傳表面之該進料流；及 一反應器，其與該加熱器連通，該反應器可操作以將一流出物流動輸出至該殼體之該入口，該第一熱傳表面及該第二熱傳表面可操作以冷卻沿著該流動路徑之該流出物流動。
18. 如請求項17之系統，其中該第一熱傳表面及該第二熱傳表面可操作以冷卻該流出物流動，而該流出物流動沿著該流動路徑之方向沒有實實改變。
19. 如請求項17之系統，其中該第一傳遞表面可操作以相對於來自該反應器之該流出物流動而加熱該進料流，及一冷卻劑被提供至該第二熱傳表面。
20. 如請求項17之系統，其中該殼體包括位於通過該殼體之一平面之一第一側上之一第一部分，及位於該平面之與該第一側相對之一第二側上之一第二部分，及其中該進料流進入該熱交換器之該殼體之該第一部分中。
21. 如請求項20之系統，其中該熱交換器的殼體係垂直配置的，其中該縱向軸線是通過該殼體之一垂直中心線，該平面是經過該殼體中心之一水平面。
22. 如請求項20之系統，其中該熱交換器的殼體係垂直配置的，其中該縱向軸線是通過該殼體之一垂直中心線，該平面位於該第一與第二熱傳表面之間。
23. 如請求項17之系統，其中該流出物流動被分成一第一部分及一第二部分，該系統進一步包含： 一蒸汽發生器，其與該反應器連通且可操作以冷卻該流出物流動之該第一部分。
24. 如請求項23之系統，其中該流出物流動之該第二部分旁繞過該蒸汽發生器。
25. 如請求項24之系統，其中該流出物流動之該第一部分及該第二部分在該蒸汽發生器的下游合併且被提供至該熱交換器之該入口。
26. 如請求項17之系統，其進一步包含： 一壓縮機，其與該熱交換器之該出口連通，其中來自該熱交換器出口之一經冷卻的流出物被饋至該壓縮機，且該反應器的出口與該壓縮機的吸入口之間的壓力變化包括不超過與彎管、三通管、肘管或其他配件相關聯的8個速度高差，且不超過該熱交換器之該殼體之該入口與該出口之間的壓降的1.5倍。
27. 一種方法，其包含： 將一進料流提供至一熱交換器之一殼體之一第一部分中之一第一熱傳表面，該第一熱傳表面是繞著該殼體之一第一心軸配置之多個第一盤管； 將來自該第一熱傳表面之該進料流提供至一反應器； 將一冷卻流提供至該熱交換器之該殼體之一第二部分中之一第二熱傳表面，其中該殼體之該第一部分位於通過該殼體之一平面之一第一側上，且該殼體之該第二部分位於通過該殼體之該平面之與該第一側相對之一第二側上，及該第二熱傳表面是繞著該殼體中之一第二心軸配置之多個第二盤管； 將來自該反應器之一流出物流動提供至該殼體之該第一部分之一入口； 使該流出物流動沿著通過該殼體之一流動路徑流動，該流動路徑沿著該殼體之一縱向軸線從該殼體之該第一部分之該入口到該殼體之該第二部分之該出口；及 利用該第一熱傳表面及該第二熱傳表面冷卻沿著該流動路徑之該流出物流動。
28. 如請求項27之方法，其中冷卻該流出物流動包括利用該第一熱傳表面及該第二熱傳表面冷卻該流出物流動，而該流出物流動沿著該流動路徑的方向沒有實質改變。
29. 如請求項27之方法，其中該殼體係垂直配置的，其中該縱向軸線是通過該殼體之一垂直中心線，且該平面是通過該殼體中心之一水平面，及該流動路徑是沿著該殼體之該縱向軸線。
30. 如請求項27之方法，其中將來自該反應器之該流出物流動提供至該殼體之該第一部分之該入口包括： 將該流出物流動分成一第一部分及一第二部分； 使該第一部分經過一蒸汽發生器； 使該第二部分旁繞過該蒸汽發生器； 在該蒸汽發生器的下游合併該流出物流動之該第一部分及第該二部分；及 將該合併的流出物流動提供至該殼體之該第一部分之該入口。
31. 如請求項27之方法，其進一步包含，在將該進料流提供至該第一熱傳表面之後： 將來自該第一熱傳表面之該進料流提供至一加熱器； 用該加熱器加熱該進料流；及 將該經加熱的進料流提供至該反應器。
32. 如請求項27之方法，其中將來自該反應器之該流出物流動提供至該殼體之該第一部分之該入口包括將該排出物流動直接從該反應器提供至該入口。
33. 如請求項27之方法，其進一步包含，在冷卻該流出物流動之後： 將來自該熱交換器之經冷卻的流出物流動提供至一壓縮機，其中該反應器的出口與該壓縮機的吸入口之間的壓力變化包括不超過與彎管、三通管、肘管或其他配件相關聯的8個速度高差，且不超過該熱交換器之該殼體之入口與出口之間的壓降的1.5倍。
34. 一種系統，其包含： 一熱交換器，其包括： 一殼體，其具有一縱向軸線，其中該殼體之一第一部分位於通過該殼體之一平面之一第一側上，及該殼體之一第二部分位於該平面之與該第一側相對之一第二側上； 一或多個心軸，其沿著該殼體之該縱向軸線配置； 一第一熱傳表面，其位在該殼體之該第一部分中；及 一第二熱傳表面，其位在該殼體之該第二部分中； 一進料流，其與該第一熱傳表面連通； 一加熱器，其與該第一熱傳表面連通，該加熱器可操作以加熱從該第一熱傳表面輸出之該進料流； 一冷卻劑流，其與該第二熱傳表面連通； 一反應器，其與該加熱器連通，該反應器可操作以將一流出物流動輸出至該熱交換器，該熱交換器配置成冷卻沿著該殼體之該縱向軸線通過該殼體之該流出物流動；及 一壓縮機，其與該熱交換器連通。
35. 如請求項34之系統，其中來自該熱交換器之經冷卻的流出物被饋至該壓縮機，且該反應器的出口與該壓縮機的吸入口之間的壓力變化包括不超過與彎管、三通管、肘管或其他配件相關聯的8個速度高差。
36. 如請求項35之系統，其中該壓力變化不超過與通過該熱交換器之該流出物流動相關聯的壓降的1.5倍。
37. 如請求項34之系統，其中該第一熱傳表面及該第二熱傳表面是各自繞著該一或多個心軸配置之多個盤管。
38. 如請求項34之系統，其中該一或多個心軸包括延伸通過該殼體之至少該第一部分之一第一心軸，及延伸通過該殼體之至少該第二部分之一第二心軸。
39. 如請求項38之系統，其中該第一熱傳表面是繞著該第一心軸配置之多個第一管，及該第二熱傳表面是繞著該第二心軸配置之多個第二管。