Соединительное устройство для подачи крекинг-газов из змеевика крекинг-печи в трубы теплообменника для резкого охлаждения - RU2140617C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к соединительному устройству для подачи крекинг-газов из змеевика крекинг-печи в трубы теплообменника для резкого охлаждения.

Известно, что при получении легких олефинов (этилена, пропилена, бутадиена и бутилена) и соответствующих ароматических соединений (бензола, толуола, этилбензола, ксилола и стирола) термическим крекингом углеводородного сырья в присутствии пара происходящие при крекинге реакции прекращаются в результате быстрого или резкого охлаждения потока исходящего из крекинг-печи газа. Резкое охлаждение, продолжительность которого измеряется в миллисекундах, позволяет мгновенно "заморозить" состав газа на выходе из печи и исключает возможное из-за продолжающихся вторичных реакций уменьшение выхода олефина. В настоящее время для решения этой проблемы применяют различные теплообменники для резкого охлаждения, конструкция которых зависит от количества подлежащего охлаждению образующегося при крекинге газа, склонности газа к загрязнению и параметров (температура/давление) образующегося в теплообменнике пара. Обычно такие теплообменники выполняются в виде кожухотрубных аппаратов с трубной решеткой или со сдвоенными коаксиально расположенными трубами.

Хорошо известно, что при различных режимах работы конкретной крекинг-печи выход олефинов можно довести до максимума, а загрязнение быстро охлаждаемого газа свести к минимуму за счет максимально быстрого снижения температуры газа, выходящего из крекинг-печи. Для этого необходимо, чтобы теплообменник для резкого охлаждения располагался как можно ближе к выходу из крекинг-печи, чтобы объем входного участка теплообменника был минимальным и чтобы отношение его поверхности к объему в зоне охлаждения было максимальным. Это означает, что более предпочтительными являются теплообменники с большим количеством охлаждающих труб небольшого диаметра, а не одиночные теплообменные аппараты большого диаметра.

Один из известных теплообменников линейного типа для резкого охлаждения, известный как теплообменник линейного типа SHG (Schmidt'sche Heissdampf - Gesellschaft mb H), имеется большое количество параллельных коаксиальных труб, где внутренняя труба служит для резкого охлаждения проходящих газов и концентрично расположенной наружной трубой - для прохода пароводяной смеси. В кольцевую полость между внутренней и наружной трубами вода из бойлера подается через горизонтальные овальной формы коллекторы (см. патент Германии 2551195). Еще один теплообменник с коаксиально расположенными трубами, в котором кольцевая полость между ними сообщена с подводящими воду трубами овальным коллектором описан в патенте США 4457364. В этом теплообменнике предусмотрено соединительное устройство устройством для подвода в него поступающего из печи газа с двумя или тремя диффузорными каналами, образующими между печью и теплообменником для резкого охлаждения Y-образный канал для прохода газа.

Этот переходной участок, в котором охлаждение даже не начинается, может оказать существенное влияние на прекращение продолжающейся реакции и нежелательное отложение кокса. В теплообменнике по этому патенту США 4457364 соединительное устройство имеет постоянную площадь поперечного сечения каналов для подвода газа, что обеспечивает по существу постоянство скорости протекающего через него газа, способствует нарушению однородности газового потока и образованию застойных зон для выпадения кокса в осадок.

Задача изобретения заключается в создании соединительного устройства для подачи крекинг-газов из змеевика крекинг-печи в трубы теплообменника для резкого охлаждения, которое позволяло бы придать большую однородность потоку газа, вводимого в теплообменник, и было бы в меньшей степени подвержено закокосовыванию каналов для подвода газа.

Эта задача решается с использованием соединительного устройства для подачи крекинг-газов из змеевика крекинг-печи в трубы теплообменника для резкого охлаждения содержащего входной участок, переходящий в выходной участок, который разделен на множество отдельных выходных каналов для прохода газов, соединенных с трубами теплообменника. Согласно изобретению, в предложенном устройстве входной участок имеет диффузорный конический входной канал, а выходной участок имеет такую форму, что площадь его поперечного сечения постепенно уменьшается в направлении движения газов с образованием по существу конфузорного выходного участка.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения выходной участок содержит по крайней мере четыре выходных канала.

Целесообразно сделать так, чтобы входной и выходной участки для прохода газов были расположены внутри керамического изоляционного материала. Желательно, чтобы в этом случае входной и выходной участки для прохода газов были облицованы металлической стенкой.

Целесообразно также, чтобы в предложенном устройстве отношение диаметра входного участка к диаметру одного из каналов выходного участка составляло 2:1.

Благодаря предложенному техническому решению, устройство, в соответствии с изобретением, разделяет поток газа по нескольким каналам и уменьшает до минимума время пребывания газа на входе в теплообменник, придает большую однородность потоку газа и уменьшает образование в нем застойных зон, в которых происходит выпадение кокса в осадок.

Другие особенности и преимущества изобретения будут более понятны из последующего его описания примеров реализации с ссылкой на чертежи, на которых:
фиг. 1 показывает вид сбоку с частичным разрезом теплообменник для резкого охлаждения с соединительным устройством, согласно изобретению;
фиг. 2 - поперечное сечение по линии 2-2 на фиг. 1;
фиг. 3 - в изометрии узел соединения труб теплообменника с коллектором овальной формы;
фиг. 4 - ступенчатый боковой разрез по линии 4-4 соединительного устройства теплообменника для резкого охлаждения на фиг. 2.

Показанный на фиг. 1 теплообменник 10 для резкого охлаждения содержит множество коаксиальных трубчатых теплообменных элементов 12, каждый из которых состоит из внутренней трубы 14, через которую проходит поток выходящего из крекинг-печи газа, и окружающей ее наружной трубы 16. Через кольцевую полость между трубами 14 и 16 проходит охлаждающая пароводяная смесь. Нижние концы труб 14 и 16 соединены с коллекторами 18 овальной формы, а верхние - с коллекторами 20 такой же формы.

Соединение труб 14 и 16 с овальными коллекторами 18, 20 показано более подробно на фиг. 3. Внутренние трубы 14 насквозь проходит через коллекторы 18, 20, а наружные трубы заканчиваются у коллектора 18, 20 и сообщаются с его внутренней полостью. Охлаждающая вода, которая подается в нижние коллекторы 18 через подводящие патрубки 22 и 24, как показано на фиг. 1, проходит через нижние коллекторы 18, поднимается по кольцевым полостям между трубами 14, 16, поступает в верхние коллекторы 20. Вода после прохождения в кольцевой полости между трубами 14, 16 представляет собой нагретую пароводяную смесь, которая отводится из коллекторов 20 через патрубки 26 и 28. Охлажденный газ, протекающий через трубы 14, поступает в верхнюю отводящую камеру 30, из которой он отводится через патрубки 32.

В рассматриваемом примере выполнения изобретения использован 16 - трубчатый теплообменник, который наиболее наглядно представлен на фиг. 2, хотя в принципе изобретение можно реализовать и с другими типами теплообменников. На фиг. 2 показаны два овальных коллектора 18 с восемью парами труб 14, 16 в каждом. Каждый коллектор 18 имеет соответственно по два патрубка 22, 22а и 24, 24а для подвода воды. Оба коллектора 18 соединены друг с другом и сваркой крепятся к выступающей плите 34. На внешнем крае плиты 34 имеется фланец 36, предназначенный для крепления подводящих патрубков 22, 22а и 24, 24а как описано выше. Верхние овальные коллекторы 20 крепятся аналогичным образом с использованием фланца 38, который соединяется с фланцем 40 верхней отводящей камеры 30.

Подводящая камера 42 (фиг. 1), расположенная в нижней части теплообменника 10, имеет корпус 44, позволяющей поддерживать в подводящей камере 42 избыточное давление. Фланец 46 корпуса 44 подводящей камеры 42 крепится болтами 48 к фланцу 36 теплообменника 10. Корпус 44 заполнен жаростойким огнеупорным или керамическим изоляционным материалом 50, в котором в соответствии с настоящим изобретением выполнены специальной формы внутренние каналы 52, 54, 56 и 58 для прохода газа. Для образования каналов 52, 54, 56 и 58 можно использовать специальные стержни (не показаны), которые размещаются в огнеупорном или керамическом материале пока он размягчен и удаляются из него после его затвердевания. Например, растворением или выжиганием. Указанные каналы 52, 54, 56 и 58 для прохода газа можно выполнить литьем с металлическими стенками 53 из высоколегированного хромоникелевого сплава, как показано на фиг. 4. В последнем случае огнеупорный или керамический материал 50 заливается вокруг металлических стенок 53 каналов 52, 54, 56 и 58.

В рассматриваемом варианте выполнения настоящего изобретения каждый из каналов 52, 54, 56 и 58 для прохода газа разделяется или разветвляется на четыре канала 60, 62, 64 и 66. Каждый из этих каналов 60, 62, 64 и 66 соединен с одной трубой 14 теплообменника 10. Каждый из каналов 52, 54, 56 и 58 для прохода газа имеет первый расположенный по ходу движения газа конический диффузорный участок 68, показанный в двух видах на фиг. 1 и 4, который переходит в конфузорный участок 70 с отдельными каналами 60, 62, 64 и 66. Конфузорный участок 70 не имеет явно выраженной сужающейся формы и в одной из плоскостей (фиг. 1) имеет вид расширяющегося канала, который разделяется на отдельные указанные каналы 60, 62, 64 и 66, а в другой плоскости (фиг. 4) имеет вид сужающегося канала. При таком одновременном расширении каналов 52, 54, 56 и 58 в одной плоскости и сужении в другой плоскости образуются каналы 52, 54, 56 и 58 с плавно уменьшающейся по их длине площадью поперечного сечения. Благодаря плавному изменению площади поперечного сечения каналов 52, 54, 56 и 58, устраняется образование в них завихрений внутри газового потока и не происходит их закоксовывание. Скорость проходящих через каждый канал 52, 54, 56, 58 газов сначала снижается в диффузорном участке 68, а затем вновь повышается в конфузорном участке 70 до скорости течения газов через трубы 14 теплообменника 10. Постепенное повторное увеличение скорости газа в каналах 52, 54, 56, 58 также способствует исключению образования неоднородности в потоке газа, за счет чего уменьшается количество кокса в застойных зонах этих каналов, и обеспечивает равномерное распределение потока газа по отдельным трубам 14 теплообменника 10 резкого охлаждения. В качестве конкретного примера реализации изобретения можно назвать следующие размеры: внутренний диаметр каждого подводящего канала 52, 54, 56, 58 составляет 10,16 см (4 дюйма), внутренний диаметр выходного сечения диффузора участка 68 15,24 см (6 дюймов), отношение площадей 2,25. Максимальный диаметр каждого канала 52, 54, 56, 58 на выходе из диффузора, равный 15,24 см (6 дюймов), постепенно снижается в конфузорном участке 70 для четырех труб 14 до 5,7 см (2,25 дюйма), при этом отношение площадей на входе и на выходе составляет 0,56.

Как уже отмечалось выше, повышение скорости газа происходит без образования застойных зон, и по этой причине отложение кокса на входе в каждую трубу 14 теплообменника 10 будет минимальным. Но даже при некотором отложении кокса в трубах 14 равномерный характер распределения потока газа по трубам 14 в теплообменнике 10 не будет заметно нарушаться. Этот положительный эффект обусловлен наличием в предлагаемом соединительном устройстве аэродинамически эффективного диффузорно-конфузорного канала 52, 54, 56, 58 вместо обычного линейного подводящего канала или канала с постоянной площадью поперечного сечения. В результате использования настоящего изобретения достигается равномерное распределение газового потока по трубам теплообменника, снижение количества образующегося кокса и, как следствие этого, повышение выхода получаемых продуктов при термическом крекинге и увеличение срока службы оборудования, приемлемого в этом процессе.

Реферат

Устройство предназначено для охлаждения потока газа, выходящего из крекинг-печи. Устройство содержит входной участок с диффузорным коническим входным каналом, переходящий в выходной участок, который разделен на множество отдельных выходных каналов, из каждого из которых газ поступает в одну из теплообменных труб. Площадь поперечного сечения выходного участка выполнена уменьшающейся в направлении движения газов. Выполнение поперечного сечения плавно изменяющимся от диффузорного до конфузорного участков позволяет избежать образования в канале застойных зон и сводит к минимуму потери давления. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула