CN105043142B - 一种固体粒子冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种固体粒子冷却器，其特征在于由水或取热介质主进入单元、汽水或被加热介质主流出单元、取热单元、水或取热介质副进入单元、汽水或被加热介质副流出单元、水或取热介质进入管及汽水或被加热介质换热套管等组成；在水或取热介质主进入单元和汽水或被加热介质主流出单元内部分别设置分区，与外部的水或取热介质进口、汽水或被加热介质出口一一对应，在取热单元设置一个催化剂进入口、流化气体进入口和分布器等，换热管下方可以设置催化剂携带气体的置换单元；水或取热介质副进入单元及汽水或被加热介质副流出单元可单独作为一个分区也可由隔板分成几个小区。以解决现有固体粒子冷却器换热管束不便于维修和更换、管线和阀门使用量大以及可操作性不强等问题。

Description

一种固体粒子冷却器

技术领域

本发明涉及热交换技术领域的一种固体粒子冷却器，特别是适用于气固流化床反应过程的取热或固体颗粒冷却器。

背景技术

在催化裂化再生、流化床甲醇制烯烃、流化床甲醇制芳烃等放热反应过程中，需要取出部分热量或对催化剂等固体颗粒冷却取热。通常采用固体粒子冷却器来吸收这部分过量的热量，保证工艺操作的平稳进行。同时，固体粒子冷却器也利用这部分过剩热量发生蒸汽或加热其他介质，成为装置中的一项重要节能措施。固体粒子冷却器由于取热量大、操作灵便，在工业上的应用十分广泛。

现有的固体粒子冷却器有多种型式，国内广泛使用的一种换热管固体粒子冷却器，包括一个垂直设置的圆筒形壳体，壳体内垂直设置有多根套管式换热管。每一根换热管为封闭式结构，主要有进水管和汽水混合物套管组成。每根换热管是一个独立的传热元件，构成一个具有独立的水-汽回路的换热单元。这些换热管与水汽分离器之间需要用管线连接。 一台固体粒子冷却器需要设置大量的换热管， 固体粒子冷却器与水汽分离器间也就需要大量管线阀门。既增加了投资，热量也会流失，尤其是取热量大、管束多的固体粒子冷却器，将会占大量的空间布置。

为了简化系统管线减少投资，已有技术常把换热管设计成换热器常采用的管板结构，此时固体粒子冷却器和水汽分离器间仅需要一条管线.但由于固体颗粒换热强度高，温度不均匀，催化剂磨损等，换热管是热交换过程中最容易出现损坏的部件。当进水管和汽水混合物套管任何一个出现问题时，常规管板式结构就造成整台设备无法投用。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体粒子冷却器设备，其结构实现既保留管板式设计的优点，又可以分组控制，即使出现局部管束损坏，也仅影响局部管束， 固体粒子冷却器仍然可以使用。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种固体粒子冷却器，在其下部设置取热单元，该单元由下壳体、催化剂进入口、下封头以及下壳体下部设置的流化气体进入口和分布器，内部设置的汽水或被加热介质换热套管、固定导向架构成。在取热单元上部设置汽水或被加热介质主流出单元，该单元由上壳体以及上壳体上设置的汽水或被加热介质主出口、汽水或被加热介质换热套管管板或称下管板，内部设置分区隔板，为增加隔板强度，分区隔板设计为复合结构，分区隔板由中心筒体隔板和多个外环径向隔板组成，中心筒体隔板内又形成独立的汽水或被加热介质流出区，外环径向隔板把中心筒体隔板与上壳体间的区域分成多个独立的汽水或被加热介质流出区；外环径向隔板数量按分区的需要设计，外环径向隔板同时与上壳体和中心筒体隔板焊接固定，中心筒体隔板用作对外环径向隔板的支撑，提高外环径向隔板的强度；隔板分成的区内分别有和汽水或被加热介质换热套管相对应的水或取热介质进入管。在汽水或被加热介质主流出单元上部设置水或取热介质主进入单元，该单元由上封头及上封头顶部或侧面设置的水或取热介质主入口、水或取热介质进入管管板或称上管板，内部设置与汽水或被加热介质主流出单元数量方位一致的中心筒体隔板和外环径向隔板，该单元外环径向隔板把中心筒体隔板与上封头间的区域分成多个独立的水或取热介质进入区，外环径向隔板同时与上封头和中心筒体隔板焊接固定。水或取热介质主进入单元之上为汽水或被加热介质副流出单元，该单元壳体上设置汽水或被加热介质副出口，汽水或被加热介质副流出单元之上为水或取热介质副进入单元，该单元由小管板、小封头及其小封头上的水或取热介质副入口组成。该水或取热介质副进入单元和汽水或被加热介质副流出单元可以用隔板分成几个小区。

具体的说，上管板至上封头为水或取热介质主进入单元，在该单元的上封头内部设置分区隔板，由中心筒体隔板和多个外环径向隔板组成，中心筒体隔板内形成独立的区，外环径向隔板把中心筒体隔板与上封头间的区域分成多个独立的水或取热介质进入区，外环径向隔板同时与上封头和中心筒体隔板焊接固定，在上封头顶部设置多个水或取热介质主入口，水或取热介质主入口位于每两个外环径向隔板之间的方位，与每个区一一对应。这样就相当于多个外环径向隔板将水或取热介质主进入单元内的水或取热介质进入管分为多组，每组对应一个水或取热介质主入口。

上管板与下管板之间为汽水或被加热介质主流出单元，在该单元的上壳体内部设置与水或取热介质主进入单元数量方位一致的中心筒体隔板和外环径向隔板，中心筒体隔板内形成独立的汽水或被加热介质流出区，外环径向隔板把中心筒体隔板与上壳体间的区域分成多个独立的汽水或被加热介质流出区，外环径向隔板同时与上壳体和中心筒体隔板焊接固定，在上壳体上设置多个汽水或被加热介质主出口，汽水或被加热介质主出口位于每两个外环径向隔板之间的方位，与每个区一一对应。这样就相当于多个外环径向隔板将汽水或被加热介质主流出单元分为多组，每组对应一个汽水或被加热介质主出口。汽水或被加热介质主流出单元分成的多个区与水或取热介质主进入单元分成的多个区上下一一对应，即两个单元的外环径向隔板方位一致，每个区内设置多支换热管。

水或取热介质主进入单元之上为汽水或被加热介质副流出单元，该单元内部设置与汽水或被加热介质换热套管相对应的水或取热介质进入管。汽水或被加热介质副流出单元之上为水或取热介质副进入单元，由小管板隔开，小管板上下设置为可拆分结构，优选法兰连接结构。水或取热介质副进入单元和汽水或被加热介质副流出单元可以用隔板分成几个小区。

下管板以下为取热单元，取热单元壳体内设置一定数量取热管束，取热管束为内外套管式，外管为汽水或被加热介质换热套管，上端固定在下管板上；内管为水或取热介质进入管，与水汽主流出单元换热管对应的水或取热介质进入管上端从取热单元穿过汽水或被加热介质主流出单元后固定在上管板上，与水汽或被加热介质副流出单元对应的水或取热介质进入管上端穿过汽水或被加热介质副流出单元后固定在小管板上。在取热单元上部设置一个催化剂进入口、下部设置流化气体进入口和分布器。水或取热介质主进入单元和汽水或被加热介质主流出单元由上管板隔开，汽水或被加热介质主流出单元和取热单元由下管板隔开，且每个单元与管板之间均设置为可拆分结构，优选法兰连接方式。

在取热单元壳体上可以设置固体颗粒出口，使冷却后的固体颗粒流出。

一种固体粒子冷却器，在取热单元下部设置催化剂携带气体置换单元，该置换单元壳体内设置气体置换元件，在气体置换元件与催化剂出口间设置置换介质入口和置换介质分布器。

具体的方案为：上管板和小管板布置一定数量的水或取热介质进入管，下管板布置一定数量的汽水或被加热介质换热套管，水或取热介质进入管与汽水或被加热介质换热套管布置数量和方位一致，上下管板及小管板按方位安装后，水或取热介质进入管装进汽水或被加热介质换热套管内，形成一个个独立被加热介质回路的换热单元，汽水或被加热介质换热套管则伸向下部的取热单元，对催化剂进行换热，这样就形成了一定数量的可分组控制式换热管。再生器或反应器中有多余热量的催化剂由催化剂进入口进入下部的取热单元；同时，一部分取热介质由上封头上部或侧部设置的2~10个水或取热介质主入口进入水或取热介质主进入单元内部相对应的2~10个分区内，流入上管板布置的与水汽或被加热介质主流出口对应的水或取热介质进入管中，一部分取热介质由小封头的中部水或取热介质副入口进入水或取热介质副进入单元，流入小管板布置的内圈水或取热介质进入管中，然后两部分取热介质进入下部取热单元的汽水或被加热介质换热套管内，与由催化剂进入口进入的多余热量的催化剂进行热交换；热交换后，被加热介质一部分进入汽水或被加热介质主流出单元内相对应的2~10个分区内，再通过每个分区对应的汽水或被加热介质主出口引出，一部分进入汽水或被加热介质副流出单元，再通过该单元壳体上设置的汽水或被加热介质副出口引出。这样，当某组的管束出现故障或设备负荷有变化时，只需关闭该组的换热管即可，设备仍可正常运行，便于切换，可操作性强。流化气体进入口和分布器可调节催化剂的冷却程度。

在取热单元下部可以设置固体颗粒出口，冷却后的催化剂从此出口流出。

在取热单元换热管下方和固体颗粒出口之间设置催化剂携带气体置换单元，内部设置气体置换元件，气体置换元件可以是格栅或单板，在气体置换元件下方设置置换介质分布器。

本发明的固体粒子冷却器与现有技术相比，具有如下的有益效果：

1、设备自身实现换热管分组，各组可以独立运行，出现有换热管损坏时不影响其他组的换热使用。

2、可免去现有外取热器大量的水汽进出口管线和阀门，减少钢材浪费，节省空间布置，减少热量流失，提高收益。

3、被加热介质单元各设置2~10个分区，将管束分成2~10组，便于切换，可操作性强。副进入单元和副流出单元可作为单独的一个分区，也可分成几个小区；中心筒体隔板增加了环形径向隔板的强度。

4、可以防止冷却后的催化剂携带氧气或烟气或其他反应介质。

附图说明

图1-图7均为固体粒子冷却器结构，具体地：

图1固体粒子冷却器结构示意图。

图2图1中A-A剖视图。

图3图1中B-B剖视图。

图4汽水或被加热介质换热套管结构示意图。

图5图4中C-C剖视图的一种结构。

图6图4中C-C剖视图的另一种结构。

图7为设置催化剂携带气体置换单元的固体粒子冷却器。

图中：1、水或取热介质主进入单元，2、汽水或被加热介质主流出单元，3、取热单元，4A、水或取热介质副进入单元，4B、汽水或被加热介质副流出单元，5、上管板，6、下管板，7、与水汽或被加热介质主流出口对应的水或取热介质进入管，8、汽水或被加热介质换热套管，9、固定导向架，11、上封头，12、水或取热介质主入口，13、上部外环径向隔板，21、上壳体，22、汽水或被加热介质主出口，23、下部外环径向隔板，24、排液口，31、下壳体，32、催化剂进入口，33、下封头，34、流化气体进入口，35、分布器，36、固体颗粒出口，37、气体置换元件，38、置换介质入口，39、置换介质分布器，41、中部壳体，41A、上部中心筒体隔板，41B、下部中心筒体隔板，42、小封头，43、小管板，44、汽水或被加热介质副出口，45、水或取热介质副入口，46、内圈水或取热介质进入管，81、光管，82、翅片管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，旨在帮助读者理解本发明的特点和实质，但附图和具体实施方式内容并不限制本发明的可实施范围。

如图1所示，一种固体粒子冷却器，它包括取热单元3，该单元由下壳体31、催化剂进入口32、下封头33以及下壳体31下部设置的流化气体进入口34和分布器35，内部设置的汽水或被加热介质换热套管8、固定导向架9构成；它还包括位于取热单元3上部的汽水或被加热介质主流出单元2，该单元由上壳体21以及上壳体21上设置的汽水或被加热介质主出口22、下管板6，内部设置的与水汽或被加热介质主流出口对应的水或取热介质进入管7、下部中心筒体隔板41B、下部外环径向隔板23构成；还包括位于汽水或被加热介质主流出单元2上部的水或取热介质主进入单元1，该单元由上封头11以及上封头11顶部或侧部设置的水或取热介质主入口12、上管板5，内部设置的上部中心筒体隔板41A、上部外环径向隔板13构成；水或取热介质主进入单元1之上为汽水或被加热介质副流出单元4B，该单元中部壳体41上设置汽水或被加热介质副出口44，内部设置内圈水或取热介质进入管46；汽水或被加热介质副流出单元4B之上为水或取热介质副进入单元4A，该单元由小管板43、小封头42及其小封头42上的水或取热介质副入口45组成。

在取热单元3下壳体31内设置一定数量取热管束，取热管束为内外套管式，外管为汽水或被加热介质换热套管8，上端固定在下管板6上；内管为水或取热介质进入管，与水汽或被加热介质主流出口对应的水或取热介质进入管7上端从取热单元3穿过汽水或被加热介质主流出单元2后固定在上管板5上，内圈水或取热介质进入管46上端穿过汽水或被加热介质副流出单元4B后固定在小管板43上；在取热单元3上部设置一个催化剂进入口32、下部设置流化气体进入口34和分布器35。汽水或被加热介质副流出单元4B的中部壳体41上设置汽水或被加热介质副出口44，内部设置内圈水或取热介质进入管46，中部壳体41与水或取热介质主进入单元1和汽水或被加热介质主流出单元2的中心筒体隔板41A、41B不是同一部件、直径也不必须相同。水或取热介质副进入单元4A由小管板43、小封头42及其小封头42上的水或取热介质副入口45组成。小管板43上下设置为可拆分结构，优选法兰连接结构。水或取热介质副进入单元4A和汽水或被加热介质副流出单元4B可以用隔板分成几个小区。

简单的说，水或取热介质主进入单元1和汽水或被加热介质主流出单元2由上管板5隔开，汽水或被加热介质主流出单元2和取热单元3由下管板6隔开，且每个单元与管板之间均设置为可拆分结构，优选法兰连接方式。上管板5、小管板43布置一定数量的与水汽或被加热介质主流出口对应的水或取热介质进入管7、内圈水或取热介质进入管46，下管板6布置一定数量的汽水或被加热介质换热套管8，水或取热介质进入管7、46与汽水或被加热介质换热套管8布置数量和方位一致，上管板5、下管板6及小管板43按方位安装后，水或取热介质进入管7、46装进汽水或被加热介质换热套管8内，形成一个个独立被加热介质回路的换热单元，汽水或被加热介质换热套管8则伸向下部的取热单元3，对催化剂进行换热，这样就形成了一定数量的可分组控制式换热管。

如图2所示，在水或取热介质主进入单元1的上封头11内部设置分区隔板，由上部中心筒体隔板41A和2~10个上部外环径向隔板13组成，上部中心筒体隔板41A内形成独立的区，上部外环径向隔板13将上部中心筒体隔板41A与上封头11间的区域分成2~10个独立的水或取热介质进入区，上部外环径向隔板13同时与上封头11和上部中心筒体隔板41A焊接，在上封头11顶部设置2~10个水或取热介质主入口12，水或取热介质主入口12位于每两个上部外环径向隔板13之间的方位，与每个区一一对应。

如图3所示，在汽水或被加热介质主流出单元2的上壳体21内部设置与水或取热介质主进入单元1数量方位一致的下部中心筒体隔板41B和下部外环径向隔板23，下部中心筒体隔板41B内形成独立的汽水或被加热介质流出区，下部外环径向隔板23把下部中心筒体隔板41B与上壳体21间的区域分成2~10个独立的汽水或被加热介质流出区；下部外环径向隔板41B数量按分区的需要设计，下部外环径向隔板41B同时与上壳体21和下部中心筒体隔板23焊接固定，下部中心筒体隔板41B用作对下部外环径向隔板23的支撑，提高下部外环径向隔板23的强度；隔板分成的区内分别有和汽水或被加热介质换热套管8相对应的水或取热介质进入管7、46。在上壳体21上设置2~10个汽水或被加热介质主出口22，汽水或被加热介质主出口22位于每两个下部外环径向隔板23之间的方位，与每个区一一对应。汽水或被加热介质主流出单元2分成的多个区与水或取热介质主进入单元1分成的多个区上下一一对应，即上部外环径向隔板13与下部外环径向隔板23的方位一致，每个区内设置多支换热管。

再生器或反应器中有多余热量的催化剂由催化剂进入口32进入下部的取热单元3；同时，一部分取热介质由上封头11上部设置的2~10个水或取热介质主入口12进入水或取热介质主进入单元1内部相对应的2~10个分区内，流入上管板5布置的与水汽或被加热介质主流出口对应的水或取热介质进入管7中，一部分取热介质由小封头42的水或取热介质副入口45进入水或取热介质副进入单元4A，流入小管板43布置的内圈水或取热介质进入管46中，然后进入下部取热单元3的汽水或被加热介质换热套管8内，与由催化剂进入口32进入的多余热量的催化剂进行热交换；热交换后，被加热介质一部分进入中部的汽水或被加热介质主流出单元2内相对应的2~10个分区内，再通过每个分区对应的汽水或被加热介质主出口22引出，一部分进入汽水或被加热介质副流出单元4B，再通过中部壳体41上设置的汽水或被加热介质副出口44引出。这样，当某组的管束出现故障或设备符合有变化时，只需关闭该组的换热管即可，设备仍可正常运行，便于切换，可操作性强。流化气体进入口34和分布器35可调节催化剂的冷却程度。

如图4、5、6所示，一种固体粒子冷却器的汽水或被加热介质换热套管8，可设置为光管81，也可设置为翅片管82，具体由取热量而定。

如图7所示，一种固体粒子冷却器，在取热单元3下部设置气体置换元件37，气体置换元件37具有汽提功能，用于置换出催化剂携带的气体，在气体置换元件37下部设置置换介质入口38和置换介质分布器39。在取热单元3下部可以设置固体颗粒出口36，冷却后的催化剂从此出口流出。

本发明的固体粒子冷却器，主要用于石油加工行业的催化裂化装置，以及与其工艺过程类似的其它催化转化装置，例如MTO（甲醇转化制烯烃）装置；还可应用于具有相似要求的其它热传递场所。

本发明的取热介质可以为气体，也可以为液体。

Claims (13)

1.一种固体粒子冷却器，它包括取热单元(3)，所述取热单元由下壳体(31)、催化剂进入口(32)、下封头(33)以及下壳体(31)下部设置的流化气体进入口(34)和分布器(35)，内部设置的汽水或被加热介质换热套管(8)、固定导向架(9)构成；所述固体粒子冷却器还包括位于取热单元(3)上部的汽水或被加热介质主流出单元(2)和位于汽水或被加热介质主流出单元(2)上部的水或取热介质主进入单元(1)，所述汽水或被加热介质主流出单元(2)由上壳体(21)以及上壳体(21)上设置的汽水或被加热介质主出口(22)、下管板(6)，内部设置的水或取热介质进入管(7)构成，所述水或取热介质主进入单元(1)由上封头(11)以及上封头(11)顶部或侧部设置的水或取热介质主入口(12)、上管板(5)构成；其特征在于：

所述水或取热介质主进入单元(1)的上封头(11)内部还设置有上部中心筒体隔板(41A)和上部外环径向隔板(13)，在所述汽水或被加热介质主流出单元(2) 的上壳体(21)内部设置与水或取热介质主进入单元(1)数量方位一致的下部中心筒体隔板(41B)和下部外环径向隔板(23)；所述水或取热介质主进入单元(1)内部还设置有上部中心筒体隔板(41A)和上部外环径向隔板(13)；水或取热介质主进入单元(1)之上为汽水或被加热介质副流出单元(4B)，所述汽水或被加热介质副流出单元中部壳体(41)上设置汽水或被加热介质副出口(44)，内部设置内圈水或取热介质进入管(46)；汽水或被加热介质副流出单元(4B)之上为水或取热介质副进入单元(4A)，所述水或取热介质副进入单元由小管板(43)、小封头(42)及其小封头(42)上的水或取热介质副入口(45)组成。

2.如权利要求1所述的固体粒子冷却器，其特征在于，上部中心筒体隔板(41A)内形成独立的区，上部外环径向隔板(13)将上部中心筒体隔板(41A)与上封头(11)间的区域分成多个独立的水或取热介质进入区，上部外环径向隔板(13)同时与上封头(11)和上部中心筒体隔板(41A)焊接，在上封头(11)顶部设置多个水或取热介质主入口(12)，水或取热介质主入口(12)位于每两个上部外环径向隔板(13)之间的方位，与每个水或取热介质进入区一一对应。

3.如权利要求2所述的固体粒子冷却器，其特征在于，下部中心筒体隔板(41B)内形成独立的汽水或被加热介质流出区，下部外环径向隔板(23)把下部中心筒体隔板(41B)与上壳体(21)间的区域分成多个独立的汽水或被加热介质流出区；下部外环径向隔板(41B)数量按分区的需要设计，下部外环径向隔板(41B)同时与上壳体(21)和下部中心筒体隔板(23)焊接固定，下部中心筒体隔板(41B)用作对下部外环径向隔板(23)的支撑，提高下部外环径向隔板(23)的强度；汽水或被加热介质流出区内分别有和汽水或被加热介质换热套管(8)相对应的水或取热介质进入管(7、46)；在上壳体(21)上设置多个汽水或被加热介质主出口(22)，汽水或被加热介质主出口(22)位于每两个下部外环径向隔板(23)之间的方位，与每个汽水或被加热介质流出区一一对应；汽水或被加热介质主流出单元(2)分成的多个汽水或被加热介质流出区与水或取热介质主进入单元(1)分成的多个水或取热介质进入区上下一一对应，即上部外环径向隔板(13)与下部外环径向隔板(23)的方位一致，每个汽水或被加热介质流出区和水或取热介质进入区内设置多支换热套管。

4.如权利要求1所述的固体粒子冷却器，其特征在于，汽水或被加热介质副流出单元(4B)的中部壳体(41)上设置汽水或被加热介质副出口(44)，内部设置内圈水或取热介质进入管(46)，水或取热介质副进入单元(4A)由小管板(43)、小封头(42)及其小封头(42)上的水或取热介质副入口(45)组成；小管板(43)上下设置为可拆分结构。

5.如权利要求1、2或3所述的固体粒子冷却器，其特征在于，水或取热介质主进入单元(1)和汽水或被加热介质主流出单元(2)由上管板(5)隔开，汽水或被加热介质主流出单元(2)和取热单元(3)由下管板(6)隔开，且每个单元与管板之间均设置为可拆分式。

6.如权利要求1所述的固体粒子冷却器，其特征在于，上管板(5)、小管板(43)布置一定数量的与水汽或被加热介质主流出口对应的水或取热介质进入管(7)、内圈水或取热介质进入管(46)，下管板(6)布置一定数量的汽水或被加热介质换热套管(8)，水或取热介质进入管(7、46)与汽水或被加热介质换热套管(8)布置数量和方位一致，上管板(5)、下管板(6)及小管板(43)按方位安装后，水或取热介质进入管(7、46)装进汽水或被加热介质换热套管(8)内，形成一个个独立被加热介质回路的换热单元，汽水或被加热介质换热套管(8)则伸向下部的取热单元(3)，对催化剂进行换热。

7.如权利要求1或4所述的固体粒子冷却器，其特征在于，水或取热介质副进入单元(4A)和汽水或被加热介质副流出单元(4B)用隔板分成几个小区，各小区对应设置水或取热介质入口（45）和水汽或被加热介质出口（44）。

8.如权利要求1或6所述的固体粒子冷却器，其特征在于，汽水或被加热介质换热套管(8)可设置为光管(81)、也可设置为翅片管(82)。

9.如权利要求1所述的固体粒子冷却器，其特征在于，在取热单元(3)下部设置固体颗粒出口(36)，冷却后的催化剂从此出口流出。

10.如权利要求1所述的固体粒子冷却器，其特征在于，在取热单元(3)下部设置气体置换元件(37)，在气体置换元件(37)下部设置置换介质入口(38)和置换介质分布器(39)。

11.如权利要求1、2或3所述的固体粒子冷却器，其特征在于，径向隔板分别设计为平板或弧形板。

12.如权利要求4所述的固体粒子冷却器，其特征在于，所述小管板(43)上下设置为法兰连接结构。

13.如权利要求5所述的固体粒子冷却器，其特征在于，所述每个单元与管板之间均设置为法兰连接方式。