专利名称：乙苯脱氢中间换热器高温蒸汽接管连接结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于换热器领域，具体的说，涉及一种适用于低水烃比的节能型乙苯脱氢制苯乙烯工艺的中间换热器结构。
背景技术：
苯乙烯是一种重要的基本有机化工原料，被广泛用于生产多种树脂、塑料和橡胶。乙苯负压催化脱氢制苯乙烯方法是生产苯乙烯最主要的方法，其工艺原理是，乙苯与水蒸气在催化剂存在条件下，于550 650°C高温下，反应系统压力为70 30kPaA，乙苯在一套包括两个或三个串联的固定床脱氢反应器中进行反应。该方法采用大量的水蒸气作为载热体和稀释剂，水蒸气与乙苯的重量比高达1. 3 1. 45，水蒸汽在第一反应器入口与乙苯流直接混合达到反应温度，在第二、第三反应器前水蒸汽通过中间换热器加热反应物料达到反应温度，如图1所示的乙苯脱氢中间换热器结构图(参见文献CN 96114363.0)。随着苯乙烯装置的大型化，能耗问题日益突出。文献(苯乙烯生产装置精馏区节能流程开发，《化学工程》38卷第10期，47-51,2010年)介绍了四种节能流程，指出恒沸热回收技术水烃比为1. 15时，中间换热器的过热蒸汽进口温度高达885°C，管道设计温度超过900°C，已超过Incoloy材料许用应力所对应的温度上限。根据工艺要求，随水烃比的下降，过热蒸汽温度将进一步提高，然而减少水烃比又是降低苯乙烯装置能耗的必由之路，目前最新工艺的发展趋势是水烃比逐渐向1.0靠近。因此在苯乙烯合成装置的节能工艺的大规模应用推广过程中，由于换热器高温蒸汽进口温度的不断提高所造成的换热器的结构强度的问题也日益突出。文献CN 96114363.0公开了发明人早期发明的一种制备苯乙烯的反应装置及中间换热器型式，其中间换热器是出苯乙烯第一脱氢反应器工艺气用高温蒸汽间接加热后进入第二脱氢反应器的换热设备，热载体为高温蒸汽，被加热的冷载体是工艺气。中间换热器为通常的浮头式列管换热器型式，见附图1，结构简单，在传统苯乙烯工艺中得到广泛应用。在水烃比为1. 30 1. 45时，中间换热器的高温蒸汽进口温度为850°C，蒸汽接管进口部位在换热器筒体的下部，筒体采用Incoloy 800H耐高温钢材料，能满足材料在高温下承受内压及温差力作用下强度问题。但在水烃比为1. 15及更低水烃比的共沸节能工艺中，为保证第二脱氢反应器的反应温度，高温蒸汽进口温度将提高到885°C或更高，若还是采用原高温蒸汽接管进口结构形式，筒体在高温蒸汽接管部位也处于高温工况下，在高温蒸汽内压力和接管系统温差力作用下，造成筒体开孔部位应力集中，结构难以满足材料强度的要求。因此可见，原有的中间换热器结构已无法满足低水比的恒沸热回收节能工艺的要求。
发明内容本实用新型公开了一种中间换热器结构，应用于乙苯脱氢制苯乙烯工艺，在实施低水比的恒沸热回收节能新工艺条件下，通过让高温蒸汽接管进口部位避开高温壁区，使高温蒸汽接管连接部位满足结构材料的强度要求。本实用新型所述的中间换热器为浮头式列管换热器，置于脱氢反应器的顶部，脱氢反应流体从上管板进入管内，被加热到反应温度后进入脱氢反应器；高温水蒸汽走换热器壳程，高温水蒸汽进口管的开孔部位在工艺气体的进口管或出口腔体处，通过接管引入到下管板中心，高温水蒸汽与脱氢反应流体进行多级错流换热，然后从接近上管板的换热器筒体侧面流出。本实用新型所述的中间换热器中，高温蒸汽接管进口部位结构改进方式有以下几种1、高温蒸汽接管进口在第二脱氢反应器上部筒体处，此处是工艺气腔体，最高温度小于650°C，使器壁材料开孔应力集中部位不在高温区上，来满足材料的强度问题。高温蒸汽接管与反应器上部筒体连接后，在反应器轴心处弯曲向上与下管板中心开孔处连接。 连接方式可采用填料函加多道方形陶瓷纤维填圈迷宫密封结构，补偿高温蒸汽管因温差产生变形造成温差应力。在高温管与筒体及管板连接部位也可采用隔热层，降低开孔部位器壁处温度，提高材料许用强度，满足连接结构要求。 2、高温蒸汽接管进口改在第二脱氢反应器上部筒体处，在高温蒸汽接管允许弯曲半径(接管能加工弯曲半径)下，设计成挠性结构形状，来补偿接管因温差产生变形。高温蒸汽接管与中间换热器下管板中心开孔部位采用焊接结构连接。3、高温蒸汽接管从工艺气的进口管伸入，此处工艺气温度550°C左右，然后穿过上管板中心以及壳程设置环形折流板，到下管板上面流体通道。高温蒸汽接管与上管板采用填料函加多道方形陶瓷纤维填圈迷宫密封结构连接。4、高温蒸汽接管从工艺气的进口管伸入，在高温蒸汽接管允许弯曲半径(接管能加工弯曲半径)下，设计成挠性结构形状，与上管板采用焊接结构连接，然后穿过上管板中心以及壳程设置环形折流板，到下管板上面流体通道。本实用新型所述的中间换热器结构，应用于乙苯脱氢制苯乙烯工艺，尤其适用于低水烃比的节能型乙苯脱氢制苯乙烯工艺。所述的换热器的高温蒸汽接管进口部位设置在工艺气体的进口管或出口腔体，避开高温壁区，同时考虑到了由此所带来的结构温差应力问题，在生产实际中可以实施。因此，本实用新型所述的中间换热器结构克服了因低水烃比的节能工艺所带来的高温蒸汽操作温度与材料强度的矛盾，为低水烃比的节能型乙苯脱氢制苯乙烯工艺的大规模推广应用解决了关键问题。
图1乙苯脱氢中间换热器结构图(文献CN 96114363. 0)；图2高温蒸汽接管从反应器上部筒体伸入，与下管板连接结构图；图3高温蒸汽接管与下管板的填料函及迷宫密封连接结构图；图4高温蒸汽接管从反应器上部筒体伸入，采用挠性弯曲与下管板连接结构图；图5高温蒸汽接管与下管板的焊接连接结构图；图6高温蒸汽接管从中间换热器的上部伸入，穿过上管板、折流板结构图；图7高温蒸汽接管与上管板的填料函及迷宫密封连接结构图；图8高温蒸汽接管从中间换热器的上部伸入，采用挠性弯曲与上管板连接结构
4图；图9高温蒸汽接管与上管板的焊接连接结构图。图中1、工艺气进口管 2、高温蒸汽进口管 3、膨胀节 4、高温蒸汽接管5、上管板6、上部蒸汽出口 7、环形折流板8、换热器筒体9、防冲分布锥10、下管板11、 反应器筒体具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的说明。本实用新型所述的中间换热器为浮头式列管换热器，置于脱氢反应器的顶部，脱氢反应流体从上管板进入管内，被加热到反应温度后进入脱氢反应器；高温水蒸汽走换热器壳程，高温水蒸汽进口管的开孔部位在工艺气体的进口管或出口腔体处，通过接管引入到下管板中心，高温水蒸汽与脱氢反应流体进行多级错流换热，然后从接近上管板的换热器筒体侧面流出。本实用新型所述的高温蒸汽接管进口部位结构改进方式有以下几种1.如图2中高温蒸汽进口管( 接在反应器筒体(11)上部侧面，高温蒸汽接管 (4)下端与高温蒸汽进口管( 相连，在反应器轴心处弯曲向上与下管板(10)中心开孔处连接，在最下一块折流板(7)的中心处设置防冲分布锥(9)。高温蒸汽与工艺气换热后从换热器筒体(8)的上部蒸汽出口(6)流出换热器。高温蒸汽接管(4)与下管板(10)采用填料函加多道方形陶瓷纤维填圈迷宫密封连接结构，见图3。2.如图4中高温蒸汽进口管(2)接在反应器筒体(11)上部侧面，高温蒸汽接管(4)下端与高温蒸汽进口管( 相连，伸到反应器上部，高温蒸汽接管(4)设计成挠性结构形状，与下管板(10)中心开孔处连接，在最下一块折流板(7)的中心处设置防冲分布锥 (9)。高温蒸汽与工艺气换热后从换热器筒体(8)的上部蒸汽出口(6)流出换热器。高温蒸汽接管(4)与下管板(10)采用焊接结构连接，见图5。3.如图6中高温蒸汽进口管⑵接在工艺气进口管⑴侧面，高温蒸汽接管⑷ 上端与高温蒸汽进口管( 相连，然后穿过上管板(5)中心及壳程设置环形折流板(7)， 到达下管板(10)上的流体通道，在下管板(10)的中心处设置防冲分布锥(9)。上管板(5) 与工艺气进口管(1)中间设置膨胀节(3)。高温蒸汽与工艺气换热后从换热器筒体(8)的上部蒸汽出口(6)流出换热器。高温蒸汽接管(4)与上管板( 采用填料函加多道方形陶瓷纤维填圈迷宫密封结构连接，见图7。4.如图8中高温蒸汽进口管⑵接在工艺气进口管⑴侧面，高温蒸汽接管⑷ 上端与高温蒸汽进口管( 相连，然后穿过上管板(5)中心及壳程设置环形折流板(7)，到达下管板(10)上的流体通道，在下管板(10)的中心处设置防冲分布锥(9)。上管板(5)与工艺气进口管(1)中间设置膨胀节(3)。高温蒸汽与工艺气换热后从换热器筒体(8)的上部蒸汽出口(6)流出换热器。高温蒸汽接管(4)设计成挠性结构形状，与上管板( 采用焊接结构连接，见图9。
权利要求1.一种乙苯脱氢制苯乙烯工艺的中间换热器高温蒸汽接管连接结构，其特征在于，高温水蒸汽进口管的开孔部位在工艺气体的进口管或出口腔体处，通过接管引入到下管板中心。
2.如权利要求1所述的连接结构，其特征在于，所述的高温水蒸汽接管与反应器上部筒体连接后，在反应器轴心处弯曲向上与下管板中心开孔处连接，连接方式采用填料函加多道方形陶瓷纤维填圈迷宫密封结构。
3.如权利要求1所述的连接结构，其特征在于，所述的高温水蒸汽接管与反应器上部筒体连接后，设计成挠性结构形状与下管板中心开孔处连接，连接方式采用焊接结构。
4.如权利要求1所述的连接结构，其特征在于，所述的高温水蒸汽接管从上管板中心伸入，穿过壳程设置环形折流板，到下管板上面；高温水蒸汽接管与上管板采用填料函加多道方形陶瓷纤维填圈迷宫密封结构连接。
5.如权利要求1所述的连接结构，其特征在于，所述的高温水蒸汽接管从上管板中心伸入，穿过壳程设置环形折流板，到下管板上面；高温水蒸汽接管设计成挠性结构形状，与上管板采用焊接结构连接。
专利摘要本实用新型为一种乙苯脱氢中间换热器高温蒸汽接管连接结构，适用于低水烃比的节能型乙苯脱氢制苯乙烯工艺。高温水蒸气进口管的开孔部位在工艺气体的进口管或出口腔体处，接管或从工艺气的进口管伸入，穿过上管板、折流板，或从反应器上部筒体伸入，与下管板连接。本实用新型所述的乙苯脱氢中间换热器高温蒸汽接管连接结构克服了低水烃比的节能新工艺所带来的高温蒸汽温度与材料强度的矛盾，为低水烃比的节能型乙苯脱氢制苯乙烯工艺的实施解决了关键问题。
文档编号B01J8/00GK202173926SQ20112014127
公开日2012年3月28日 申请日期2011年5月5日 优先权日2011年5月5日
发明者倪燕慧, 吴勇强, 唐黎华, 张成芳, 张琪, 朱子彬, 朱学栋, 李瑞江, 黄震尧 申请人:华东理工大学