一種流化床外取熱器的制造方法
【專利摘要】一種流化床外取熱器，其特征在于該外取熱器為深床層操作，且表觀氣速范圍在0.05～0.8m／s之間，外取熱器底部至少設(shè)置一個(gè)主流化風(fēng)分布器，主要的流化風(fēng)由此分布器進(jìn)入外取熱器密相床層，主流化風(fēng)分布器上部、換熱管束與取熱器內(nèi)壁之間設(shè)置1個(gè)或多個(gè)管式氣體分布器，用于改善密相床層的流化質(zhì)量和提高外取熱器的取熱負(fù)荷。
【專利說(shuō)明】一種流化床外取熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種流化床外取熱器，屬于石油加工、化工等【技術(shù)領(lǐng)域】。
技術(shù)背景
[0002]由于氣固流化床反應(yīng)器容易控制反應(yīng)溫度及避免床層出現(xiàn)熱點(diǎn)、具有更好的傳熱及傳質(zhì)特性、可以方便地實(shí)現(xiàn)大量固體顆粒的連續(xù)輸送，因此在石油加工、煤化工、化工合成等領(lǐng)域的非均相氣固反應(yīng)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。在一些放熱的氣固流化床反應(yīng)器中，常設(shè)置有流化床取熱器，用以從反應(yīng)器中取熱，以滿足系統(tǒng)熱平衡以及控制反應(yīng)溫度的需要。通常，這類流化床取熱器一般為氣速較低的密相流化床，即操作在鼓泡及湍動(dòng)流化域中，通過(guò)取熱器中的取熱介質(zhì)(如水)和熱顆粒在取熱管壁內(nèi)外實(shí)現(xiàn)間壁接觸傳熱。
[0003]例如，在石油煉制催化裂化裝置中，由于反應(yīng)過(guò)程要求系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)熱平衡，即吸熱的裂化反應(yīng)過(guò)程所需的熱量由放熱的燒焦再生過(guò)程提供，隨著催化裂化原料的重質(zhì)化和劣質(zhì)化，裝置生焦量提高致使燒焦再生釋放的熱量不斷增大，已經(jīng)超過(guò)了反應(yīng)系統(tǒng)所需的熱量，因此，再生系統(tǒng)內(nèi)需安裝流化床取熱器以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的熱平衡。這類取熱器內(nèi)的取熱介質(zhì)是飽和水，在取熱過(guò)程中它吸收了來(lái)自取熱管外的熱催化劑的熱量后變成了飽和蒸汽，并同時(shí)降低了催化劑顆粒的溫度。
[0004]由于負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活、適應(yīng)性和可靠性更強(qiáng)，設(shè)置在再生器外的催化劑取熱器(簡(jiǎn)稱外取熱器)獲得了更為廣泛的應(yīng)用。工業(yè)中應(yīng)用的外取熱器有很多型式，其中密相外取熱器應(yīng)用最為廣泛，這主要由于其具有取熱效率更高、流化氣體用量少、負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]在其他工業(yè)領(lǐng)域的氣固流化床反應(yīng)器中，也常采用此類氣固流化床外取熱器。例如，煤化工領(lǐng)域的甲醇制烯烴過(guò)程(MTO)和石油加工工業(yè)中的一些高溫催化裂解過(guò)程均需要采用這類氣固流化床外取熱器，其他化學(xué)合成工業(yè)中的氣固流化床反應(yīng)器由于控制反應(yīng)溫度的需要，也需要采用取熱設(shè)備，因此也可以采用這類外取熱器。
[0006]這類取熱器的共同特點(diǎn)是設(shè)置在主流化床反應(yīng)器外部，通過(guò)和主反應(yīng)器聯(lián)通的立管使顆粒進(jìn)出外取熱器，有的立管上還設(shè)置有關(guān)閉或控制顆粒流量的機(jī)構(gòu)以方便實(shí)現(xiàn)取熱器與主反應(yīng)器間的隔離以及取熱負(fù)荷的定量控制。這類外取熱器中一般設(shè)置有多根平行的垂直取熱管束。有時(shí)，為了提高設(shè)備的整體可靠性，每根取熱管均設(shè)置有獨(dú)立的冷卻介質(zhì)進(jìn)出口，其目的是當(dāng)某一根取熱管損壞時(shí)可以單獨(dú)關(guān)閉，而其他取熱管仍然可以正常工作。這類取熱器的另一個(gè)共同特點(diǎn)是操作氣速較低，一般屬低氣速密相床操作，在這樣的操作條件下床層和管壁間的傳熱系數(shù)較高，取熱器的整體取熱負(fù)荷較大。
[0007]但是，在目前工業(yè)上很多使用的氣固流化床外取熱器中，密相床層的設(shè)計(jì)和操作高度均很高，少則2?3m，多則8?10m，在這種深層流化床中，由于床層總壓降較高，氣體壓縮很容易造成局部床層死床或氣體偏流等不正常流化現(xiàn)象。另外，很多這類外取熱器中取熱管束的布置十分緊密，導(dǎo)致床內(nèi)壁面效應(yīng)增強(qiáng)，很容易造成節(jié)涌、架橋等不正常流化狀況。尤其在換熱管與流化床內(nèi)壁之間的區(qū)域，壁面效應(yīng)更強(qiáng)，更容易形成死床現(xiàn)象。
[0008]這些不正常流化現(xiàn)象將導(dǎo)致床層流化質(zhì)量下降和傳熱效果惡化，其結(jié)果是設(shè)備振動(dòng)大、使用壽命縮短、取熱負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等。如果取熱器中出現(xiàn)局部死床，還有可能造成取熱器中不同取熱管的取熱負(fù)荷不同，不同取熱管的熱膨脹不一致可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)局部取熱管干燒損壞等事故。另外，氣體的偏流還有可能造成局部取熱管磨損加劇，縮短其使用壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的流化床外取熱器，主要用于解決現(xiàn)有氣固流化床外取熱器中由于深床層和壁面效應(yīng)強(qiáng)而導(dǎo)致的流化質(zhì)量下降、傳熱效果變差以及設(shè)備可靠性降低的問(wèn)題。具體實(shí)施方案如下:
[0010]1.一種流化床外取熱器，其特征在于外取熱器為深床層操作，其表觀氣速(總流化風(fēng)量與取熱器橫截面之比)的范圍為0.05?0.8m/s，外取熱器底部至少設(shè)置一個(gè)主流化風(fēng)分布器，主要的流化風(fēng)由此分布器進(jìn)入外取熱器密相床層，主流化風(fēng)分布器上部、換熱管束與取熱器內(nèi)壁之間設(shè)置I個(gè)或多個(gè)管式氣體分布器。
[0011]2.如上述第I條所述的流化床外取熱器，其特征在于密相床層的高度在I?1m ;
[0012]3.如上述第I或第2條所述的流化床外取熱器，其特征在于密相床層底部設(shè)置的主流化風(fēng)分布器是任何能夠均勻分布?xì)怏w且同時(shí)不影響顆粒循環(huán)的氣體分布器；
[0013]4.如上述第I或第2條所述的流化床外取熱器，其特征在于主流化風(fēng)分布器上部設(shè)置的第一個(gè)管式氣體分布器距離主流化風(fēng)分布器的高度W1范圍為0.3?1.5m,各個(gè)管式氣體分布器之間的相互間距W的范圍為0.3?1.5m。
[0014]5.如上述第I或第2條所述的流化床外取熱器，其特征在于進(jìn)入主流化風(fēng)分布器中流化風(fēng)量占總流化風(fēng)量的70?90%，進(jìn)入所有管式分布器中的流化風(fēng)量占總流化風(fēng)量的10?30%。
[0015]利用上述措施，可以在取熱管束與取熱器內(nèi)壁之間區(qū)域緩解或避免出現(xiàn)死床或架橋現(xiàn)象，有利于外取熱器整個(gè)密相床層實(shí)現(xiàn)更好的流化質(zhì)量，用以改善外取熱器的操作并延長(zhǎng)取熱管的使用壽命。同時(shí)，也有助于改善顆粒在傳熱管壁面的更新，提高顆粒與換熱管壁面的傳熱系數(shù)和增大外取熱器的取熱能力。
[0016]本發(fā)明適用于任何外置于主流化床反應(yīng)器、用于熱量回收、密相床層較高且設(shè)置有多根垂直換熱管束的外置流化床取熱器，例如催化裂化過(guò)程的外取熱器、再生劑調(diào)溫取熱器、醇類制烯烴工藝(MTO)的外取熱器以及其他類似過(guò)程中采用的外置流化床取熱器。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為普通催化裂化密相下行式外取熱器的一種典型型式；
[0018]圖2為采用不同取熱管形式的普通催化裂化密相下行式外取熱器的橫截面剖視圖；
[0019]圖3為本發(fā)明在催化裂化外取熱器中的一種典型實(shí)施方案；
[0020]圖4為圖3所示外取熱器管式氣體分布器(8)處的橫截面剖視圖。
[0021]圖中:1-催化劑出口，2-主流化風(fēng)分布器，3-換熱管，4-密相流化床，5-流化風(fēng)出口，6-催化劑進(jìn)口，7-傳熱強(qiáng)化元件，8-管式氣體分布器。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明所提供的一種流化床外取熱器的實(shí)施方法，但本發(fā)明并不因此而受到任何限制。
[0023]對(duì)比例
[0024]圖1給出了普通催化裂化密相下行式外取熱器的一種典型形式。如圖所示，該外取熱器實(shí)際上是一個(gè)設(shè)置有多根垂直換熱管束的流化床，包括催化劑出口(I)、主流化風(fēng)分布器(2)、換熱管(3)、密相流化床(4)流化風(fēng)出口(5)、催化劑進(jìn)口(6)等主要結(jié)構(gòu)。換熱管(3)從外取熱器頂部一直延伸至底部，換熱管(3)底部段浸沒(méi)在外取熱器底部的密相流化床(4)中。熱催化劑顆粒C從外取熱器中上部的催化劑進(jìn)口(6)流入到密相流化床(4)中，和換熱管(3)管壁接觸冷卻后，冷催化劑D再?gòu)牡撞康拇呋瘎┏隹?I)流出。密相流化床(4)的流化氣體A從底部的氣體分布器(2)引入，經(jīng)過(guò)密相流化床(4)后通過(guò)氣體出口
(5)離開。
[0025]帶有換熱管(3)的密相流化床(4)的橫截面剖視圖如圖2(a)所示，由于換熱管(3)的插入，取熱器壁面效應(yīng)將顯著增強(qiáng)。另外，為了提高外取熱器的取熱負(fù)荷，有的外取熱器常采用在換熱管(3)上焊接傳熱強(qiáng)化元件(7)(如翅片或釘頭傳熱強(qiáng)化元件等)以增加傳熱面積，帶有傳熱強(qiáng)化元件(7)的換熱管(3)的密相流化床(4)的橫截面剖視圖如圖2 (b)所示，這將進(jìn)一步增強(qiáng)取熱器內(nèi)的壁面效應(yīng)。將很容易造成節(jié)涌、架橋等不正常流化現(xiàn)象。
[0026]另外，這種外取熱器的密相床層高度一般很高，通常在I?1m的范圍內(nèi)，在這種深層流化床中，由于床層總壓降較高，氣體壓縮很容易造成局部床層死床和氣體偏流等不正常流化現(xiàn)象。這些不正常流化現(xiàn)象將導(dǎo)致床層流化質(zhì)量下降和傳熱效果的惡化，其結(jié)果是設(shè)備振動(dòng)大、使用壽命縮短、取熱負(fù)荷達(dá)不到設(shè)計(jì)要求等。如果取熱器中出現(xiàn)局部死床，還有可能造成取熱器中不同取熱管的取熱負(fù)荷不同，不同取熱管的熱膨脹不一致可能導(dǎo)致設(shè)備損壞，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)局部取熱管干燒損壞的事故。另外，氣體的偏流還有可能造成局部取熱管磨損加劇，縮短其使用壽命。
[0027]實(shí)施例
[0028]圖3顯示的是一種本發(fā)明在催化裂化外取熱器的典型實(shí)施方案，和圖1和圖2所示的普通催化裂化密相下行式外取熱器不同是，該外取熱器底部主流化風(fēng)分布器(2)上部設(shè)置了 I個(gè)或多個(gè)管式氣體分布器(8)。如圖4所示，管式氣體分布器(8)設(shè)置在換熱管
(3)束和取熱器內(nèi)壁之間的環(huán)形區(qū)域。主流化風(fēng)分布器(2)上部設(shè)置的第一個(gè)管式氣體分布器(8)距離主流化風(fēng)分布器(2)的高度W1范圍為0.3?1.5m，各個(gè)管式氣體分布器(8)之間的相互間距W的范圍為0.3?1.5m。絕大多數(shù)的流化風(fēng)通過(guò)主流化風(fēng)分布器(2)進(jìn)入外取熱器密相床層(4)，其流化風(fēng)量占總流化風(fēng)量的70?90%，進(jìn)入管式分布器(8)中的流化風(fēng)量占總流化風(fēng)量的10?30%。
[0029]冷模實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，外取熱器密相床層(4)中設(shè)置多個(gè)管式氣體分布器(8)后，換熱管(3)的震動(dòng)明顯減弱，表明床層內(nèi)流化質(zhì)量得到了明顯改善。另外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，換熱管壁與流化床料之間的傳熱系數(shù)也提高了約10?25%，表明外取熱器的取熱負(fù)荷得到了顯著的提高。
【權(quán)利要求】
1.一種流化床外取熱器，其特征在于該外取熱器為深床層操作，其表觀氣速的范圍為0.05?0.8m/s，外取熱器底部至少設(shè)置一個(gè)主流化風(fēng)分布器，主要的流化風(fēng)由此分布器進(jìn)入外取熱器密相床層，主流化風(fēng)分布器上部、換熱管束與取熱器內(nèi)壁之間設(shè)置I個(gè)或多個(gè)管式氣體分布器。
2.如權(quán)利要求1所述的流化床外取熱器，其特征在于密相床層的高度在I?10m。
3.如權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的流化床外取熱器，其特征在于密相床層底部設(shè)置的主流化風(fēng)分布器是任何能夠均勻分布?xì)怏w且同時(shí)不影響顆粒循環(huán)的氣體分布器。
4.如權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的流化床外取熱器，其特征在于主流化風(fēng)分布器上部設(shè)置的第一個(gè)管式氣體分布器距離主流化風(fēng)分布器的高度W1范圍為0.3?1.5m,各個(gè)管式氣體分布器之間的相互間距W的范圍為0.3?1.5m。
5.如權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的流化床外取熱器，其特征在于進(jìn)入主流化風(fēng)分布器中流化風(fēng)量占總流化風(fēng)量的70?90%，進(jìn)入管式分布器中的流化風(fēng)量占總流化風(fēng)量的.10 ?30%。
【文檔編號(hào)】F28D13/00GK203928823SQ201420122096
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】張永民, 姚秀穎, 韓霄, 孫富偉 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)