用于冷却热解排放物的方法和设备的制作方法

专利名称：用于冷却热解排放物的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于急冷来自碳氢化合物热解单元的气态排放物的方法和设备，该热 解单元包括利用诸如石脑油的流体进料的热解单元，特别是利用比石脑油重的进料(例如 瓦斯油或其他重碳氢化合物进料)的那些热解单元。更具体地说，本发明涉及利用直接急 冷或间接热交换的润湿壁式急冷设备和方法将裂化碳氢化合物排放物急冷至低于该排放 物露点。
背景技术：
希望通过利用热解或蒸汽裂化来裂化诸如瓦斯油和原油的比较重的碳氢化合物 原料生产轻烯烃(例如乙烯、丙稀和丁烯)。还要求裂化的排放物流在离开热解炉之后立刻 被急冷或冷却，以防止在经过产物生成位置后裂化反应继续。急冷来自被裂化的重碳氢化 合物进料的排放物流对防止焦油(包括焦油产物母体和其他重组分)在急冷装置内沉积以 及相关变污问题提出特殊的挑战。而且，希望通过间接热交换并再利用从裂化排放物流回 收的热来提高蒸汽裂化工艺的效率。排放物热回收一般通过诸如采用一个或多个输送管线 换热器(TLE)的间接热交换进行。一般在有蒸汽的情况下碳氢化合物进料在裂化期间被迅速加热。在加热并裂化之 后，气化的排放物流一般可以在例如从约785°C (1450° F)到约930°C (1700° F)的高温 下离开裂解炉并且必需快速急冷，以停止裂化反应并防止有用产物的分解。除了产生烯烃 之外，蒸汽裂化较重的碳氢化合物原料(包括具有与其相关的芳香组分的原料)还产生活 性分子，这种活性分子在热的情况下容易彼此结合或聚集，以形成叫做焦油、浙青或非挥发 物的高分子量物质(在这里统称为焦油)。焦油是沸点较高、粘稠的活性物质，在某些条件 下能够沉积在换热设备上，使该设备隔热、堵塞并使该设备变污。变污倾向能用三种温度来 定性。在高于裂化的炉排放物的露点的温度(第一滴液体凝结的温度)下，变污倾向比 较低。气相变污一般不是问题，原因是不存在能够引起变污或聚集的液体或凝结物。运行 在这一范围下的适当设计的输送管线换热器通过限制用于将排放物保持在气相的冷却量 可以急冷并带走热，且变污最小。低于排放物流露点，蒸汽裂化的焦油从排放物流中凝结出来并且变污倾向可能比 较高，特别是在达到露点的位置和紧邻该位置的下游处。在一些应用中，由于额外物质随后 凝结，因此可能存在足够低粘性的液体，以使高分子量焦油分子流出或将其带走。在这一范 围下，排放物流中最重的组分凝结但是保持足够热，以保持活性并持续脱氢反应和聚合反 应，这样会不希望地形成较高分子量的焦油分子。焦油凝结物往往粘附在诸如TLE的处理 设备的内表面。而且，这种物质粘附于表面并且继续聚合、脱氢、热分解并且变硬，因此难以 除去。在焦油完全凝结的温度下或低于该温度，由于降低的热活性并且由于存在足够的 用作溶剂以保持焦油在液相中流动的凝结物，因此变污趋势比较低。在这一范围下，凝结的物质仍然足够热并且流动性足够以在处理条件下容易流动，但是变污一般不是严重的问 题，在这一阶段相分离和分馏成为关键目标，以使焦油和液体与包括烯烃产物的更有价值 的气化排放物分离。鉴于与凝结相关的变污和设备堵塞，裂化的瓦斯油和裂化的重碳氢化合物排放物 流(包括一些裂化的石脑油排放物流)由于存在可凝结的焦油组分而不能轻易地直接冷却 到希望的处理温度范围，例如从230°C到大约300°C (450° F到570° F)。为了减轻焦油 沉积并防止变污，已经知道提供急冷流体射流，用于将直接冷却的急冷流体直接引进到热 排放物流中和/或引入到排放物通孔上。直接急冷通常通过将直接急冷流体引进到排放物 通孔中(通常引入到排放物流内以及引入到排放物通孔壁上)来进行，并且在引进期间通 过重力、流体剪切、和/或机械散布而进行散布。直接急冷通常通过将直接急冷流体直接散 布在孔壁上进行。直接急冷冷却方法主要通过在孔壁上以及排放物流流动路径内使直接急 冷流体与排放物直接混合并接触使得直接急冷流体吸收来自热排放物的热并且附带地包 括急冷流体蒸发来进行冷却。当排放物冷却时，其中的一些组分可以凝结并且置换一部分 被蒸发的急冷流体。这种直接急冷方法主要用来通过将热传递给急冷流体并通过至少部分 地蒸发急冷流体来降低温度。如果引进足够量的急冷流体，那么一些流体可以保持在液相 中(当然取决于直接急冷流体的终沸点)，并且直接急冷流体可以用作凝结组分的载体并 且同时用直接急冷流体涂覆和/或润湿急冷换热器的内表面，因而防止变污焦油、焦炭以 及凝结物聚集在设备表面上。这种直接急冷系统的显著缺点是需要大量直接急冷流体射流以及相应的大量的 分离和处理容量以及成本。对于这种系统，通常每质量单位的处理排放物引进超过三至四 质量单位的急冷流体。管道尺寸必需加大以容纳如此大的量。对于商用尺寸的裂化器，这 能够导致不希望的大型循环泵、管道加工、成本以及能量消耗。而且，由于难以控制在裂化 排放物流内和设备处理表面上的喷射的急冷流体的物理散布，不仅使用大量的急冷流体， 而且引进系统也可能利用惯性散布、喷射或一些其他类型的海量且高耗能的引进方法，以 力图达到充分的散布和混合，以直接急冷裂化排放物流。与散布装置相关的其他严重问题 是喷嘴的小孔容易被聚合物和焦炭颗粒堵塞。与直接流体急冷不同，急冷热排放物的另一种方法是用诸如TLE的间接换热器， 其可以具有或者不具有并流的直接急冷喷射，尽管通常不会快速形成润湿壁急冷流体薄 膜。该技术希望提供润湿壁式间接换热器急冷方法，但是真正实现商业上实用且高效的方 法或设备还有困难。而对于前面所讨论的直接急冷设备，润湿壁薄膜至少部分地有利于急 冷排放物流，在间接热交换设备中润湿壁急冷薄膜的作用主要是减轻变污，同时仅仅用作 介质以将热从排放物流传递给位于排放物管道的外部的冷却套管中的间接冷却介质。在间 接换热方法中，最冷的区域靠近孔壁，因此污物往往聚集在冷壁上。希望有润湿的表面薄 膜，以主要起阻碍污物沉积的作用，并且用作从系统除去凝结物和焦油产物母体的载体，该 凝结物和焦油产物母体或者由于在排放物流内凝结而形成，或者来自靠近相对冷却的排放 物孔壁的排放物。但是，在存在剪切的、热的、气态排放物流的情况下，很难在换热器的整个 圆周和长度上形成广泛的换热器壁薄膜覆盖。所述问题不仅难以解决，而且更加难以高效 地解决。由于需要引进不希望的超量的急冷流体，对于想要的目的，试图利用润湿壁工艺的 已知的间接换热急冷系统是不能胜任的，并且商业上也不完善。
为了出席1994年4月在Atlanta举行的AIChE春季国家会议，H. herrmann以及 ff. Burghardt, Schmidt' scheHeissdampf-Gesellschaft 准备的文章“乙烯设备的传递线 足各换热器设计白勺 最新进展(Latest Developments in Transfer Line ExchangerDesign for Ethylene Plants) ”公开了在乙烯炉急冷系统中的露点变污机制以及产生高压蒸汽的 换热器(例如后面跟随有急冷流体喷射装置的急冷换热器)的应用。但是方法和装置仍然 需要改进。美国专利4，107，226 ;3，593，968 ;3，907，661 ;3，647，907 ;4，444，697 ； 3，959，420 ；4, 121，908 ；和6，626，424 ；以及英国专利申请1，233，795公开了各种干式壁、
序列干式壁和直接急冷、以及急冷流体直接喷射装置、应用，包括环形引进装置。这些参考 文献还公开了在环形急冷装置中分配冲洗液体的各种方法。美国专利3，593，968公开了在 没有热回收到另一种介质的情况下的用于直接油急冷点的方法和设备。而且，在实际运行 条件和制造误差的情况下，各种部件的剧烈温度差、热应力以及重复的加热和冷却循环在 形成和维持均勻的薄膜覆盖和厚度方面导致一些困难。这些困难导致需要利用超量的急冷 流体来维持运行效率。在本领域中还探索其他试图的改进。在美国专利No. 3，959，420中， 同一个发明人提供一种改进的环形急冷装置，与3，593，968号专利相比，该环形急冷装置 颠倒一些急冷流体排放部件的位置，从而提供类似于溢出或溢流堰设备的方法和设备，以 控制急冷流体的流动。这种结构的运行效率往往受装置调试和制造误差的影响，并且也需 要超量的急冷流体流量，以克服一些不足之处。3，959，420号专利的设计也需要附加的部件 和复杂性，例如隔板和在吹洗气体室中引进惰性气体。在喷射器的邻接部分之间的不均勻 的运动和扰动能够不利地影响急冷油喷射图形，并且对于急冷流体与供料的质量比小于大 约2. 0的情况不起作用。而且，在这个行业中还在继续探索其他的改进。美国专利4，121，908公开了在试图利用惯性能量将急冷流体圆周地散布在急冷 孔的所有表面时采用液态急冷流体切向引进的方式。然而再一次，由于液态急冷流体与直 接急冷流体一起被引进与输送气态排放物的相同孔中，这种方法也需要利用低效率的大量 组合急冷流体。而且，4，121，908号专利的设备具有沿着遭受变污焦油堵塞影响的急冷管孔 的区域，包括与液态急冷流体的引进部位相对的管区域。4，121，908号专利发明的设备在想 要的低急冷流体流量或比率下也不能产生均勻的液体急冷薄膜。美国专利4，444，697公开一种直接急冷装置，并且教导利用多个开口将直接急冷 流体直接切向引进到排放物通孔中试图提供完全的急冷流体薄膜覆盖以及并流耗散来用 于直接急冷。但是，切向急冷油分配和引进在环形腔中进行，该环形腔既进行急冷油腔内分 配又将急冷油直接引进到通孔中。这种布置从最靠近将急冷流体引进入环形腔的每个引进 位置的狭槽将急冷流体的主要部分立即引导到排放物通孔中。引进的急冷流体没有充分的 液力控制。为了将急冷流体分配到其它狭槽需要效率低的急冷流体容积，并且需要急冷流 体不成比例地分配在孔的圆周上。通过在该环形腔的长度上一定浪费率下允许最靠近急冷 流体源过度引进，这种环形的多引进狭槽的布置不能很好地控制环形腔整个长度上急冷流 体的分配。而且，正如许多前面的设计一样，切向急冷流体引进口的设计也是低效的，导致 流体不连续地引进孔中，从而导致污物形成区。而且，流体进口定位成直接在少数几个进口 狭槽处引导直接急冷流体，这进一步导致效率低。因此仍然需要改进。美国专利6，626，424公开一种通过在足够的惯性和动量下将急冷流体直接切向地喷射到热气体流中，以使急冷流体围绕管道的内侧表面圆周地流动来急冷热排放物流的 方法。但是，诸如在6，626，424专利和上面所列举的其他专利中所公开的、从单个点或从离 散的多个点将急冷流体直接引进排放物管道中的急冷流体引进系统需要低效的急冷流体 体积。而且，计算机模拟已经表明，当急冷流体的体积减少到希望的效率水平时，分离相流 动图形或机制容易沿着流动路径形成，这需要利用低效的流体体积，以在TLE的整个长度 上获得合适的表面覆盖。而且，急冷引进装置往往尺寸做成围绕目标流动范围运行，如果排 放物流从这个流动范围分叉出来，那么该装置低效地尺寸过大或者尺寸不足。为了避免这 些问题，这种系统往往需要引进超量的急冷流体，以克服不均勻性和散布的低效性。而且， 相当一部分急冷流体以这样的方式引进，即直接且横向遇到高速裂化排放物流，这导致在 流动流内的湍流耗散并且缓和与管处理表面的相互作用。这往往导致大量所引进的急冷流 低效，既不遇到内处理壁也不保护内处理壁。为了减轻湍流耗散效应，引入超量的急冷流 体，以提高表面覆盖效率。同样，这也需要增加处理设备容量。现有技术表明用于经由已知的急冷装置和方法引进壁润湿急冷流体的方法和设 备具有效率缺点并且经常得到小于最佳急冷的结果。现有技术为进一步改进方法和设备留 有余地，以在用于急冷带有焦油的裂化排放物同时减轻在急冷管道处理表面上的焦油堆积 的急冷系统中实现希望的运行效率和有效性。仍然希望提供一种改进的急冷流体引进方法和设备，该方法和设备沿着排放物通 孔更高效、更均勻并且更谨慎地分配高效的急冷流体量。希望提供一种湿壁式急冷系统，该 系统可用于直接急冷系统和/或间接换热系统，该系统也有效地使用大大少于现有系统的 急冷流体，以防止焦油堆积。而且，希望减少有效涂覆急冷设备排放物通孔表面所需要的急 冷流体量。希望提供一种有效的、综合的润湿壁急冷流体薄膜，其利用比现有技术的方法少 的急冷流体。

发明内容
本发明涉及用于冷却包含可凝结组分的气态热解排放物的方法和相关设备，该可 凝结组分能够沉积在排放物接触表面例如间接急冷装置和/或间接换热器管线上。本发 明的方法和设备应用于湿壁式直接急冷系统和湿壁式间接换热系统，例如传输管线换热器 (TLE)。本发明可以与初级急冷系统、次级急冷系统和/或第三级急冷系统一起使用。本发 明特别适用于用于急冷包含可凝结的焦油产物母体的热裂化气态的排放物的设备和方法， 这种焦油产物母体例如可以从裂化诸如瓦斯油、石脑油的液态碳氢化合物进料、或具有相 当多的芳香族含量的进料产生。本发明在系统效率和性能方面提供具体的改进，这些改进 至少部分地通过提供这样一种方法和设备来实现，该方法和设备将引进液态急冷流体到环 形急冷流体腔中并在该腔内分配流体的操作与从该腔内将该急冷流体移动或引进到排放 物通孔壁的操作分开。本发明的设备和方法将急冷流体引进方法分成液力不同的步骤，包括将湿壁形成 液态急冷流体引进到环形腔的步骤，这些步骤与将急冷流体引进气态排放物壁的步骤液力 地分隔。与现有技术相比，本发明的方法和装置高效地并有效地提供均勻的液体急冷薄膜 而不需要不希望的超量的液态急冷流体。本发明的方法和设备提供高效的和有效的方法和 措施，用于将液态急冷流体(优选地液体急冷油)直接引进到诸如TLE的间接换热器中，或引进到直接急冷装置中。这种方法至少部分地由于存在环形腔而成为可能，该环形腔与排 放物通孔在液力上受控地连通(例如，远隔地或受限制地)。本发明的方法还部分地由与 将液体急冷流体引进到环形腔中的方法而成为可能。本发明的方法又至少部分地由于外 周通道的设置而成为可能，该外周通道用于在环形腔和排放物通孔之间形成可控的液力阻 碍，这种可控的液力阻碍在连续的过程中在液体薄膜均勻移动到排放物通孔上之前有利于 环形腔内的急冷流体和流体压力的短暂维持和分配。一方面，本发明包括用于冷却来自碳氢化合物热解炉的气态排放物的方法，该方 法包括(a)将气态排放物引进冷却管道中，该冷却管道包括(i)用于接触排放物的内壁， 该内壁限定延伸冷却管道长度的孔，该内壁包括沿着该孔的周边开口 ；(ii)在该内壁外面 并且与该内壁基本上同轴的外壁；(iii)在该内壁的外面并且包括该外壁的至少一部分的 基本环形的腔，该环形腔流体地并远隔地连接于周边开口，该环形腔在外部圆周地围绕该 内壁，该环形腔包括该外壁的至少一部分；以及(iv)围绕该内壁的外周边或周边延伸的外 周通道(在这里叫做“通道”)，该外周通道沿着内壁的圆周流体地连接环形腔和周边开口 ； (b)基本上沿着外壁的第一部分通过液态急冷流体引进口将液态急冷流体切向地引进到环 形腔中，因而引进的液态急冷流体填充环形腔；(c)使所引进的液态急冷流体从环形腔通 过通道，沿着通道流动路径到周边开口 ；以及(d)使液体急冷流体从该周边开口通到内壁 上，用于沿着该内壁长度的至少一部分分配急冷流体作为急冷流体薄膜，同时使气态排放 物沿着该冷却管道的孔并流地通过，以产生被冷却过的气态排放物流。在另一个实施例中，本发明还包括如下步骤，在该气态排放物沿着该孔通过并且 回收该被冷却的气态排放物的同时将气态排放物冷却低于其露点。在一个实施例中，该通 道可以在外周上围绕管道通孔周边的一部分或多部分例如连续地或不连续地延伸。根据机 械结构，该通道可以是不连续的，例如通过机械支撑部件断开该否则的话优选的连续性质 的通道开口。最优选，作为在冷却管道的壁中的连续通道，该通道在外周围绕管道通孔的整 个圆周不间断地延伸。还优选地，当在沿着流动方向的截面观察时，该通孔和环形腔均是大 体圆形的。在另一个实施例中，本发明包括利用在换热流体环形空间(armulus)中的间接 换热流体急冷气态排放物的步骤，该换热流体环形空间在内壁的外面并且在开向用于液 态急冷流体的通孔的周边开口的下游。在优选实施例中，冷却管道还包括换热流体套管 (jacket)，用于维持间接换热流体与内壁的外侧接触，并且该套管包括用于流体循环通过 套管环形空间的换热流体入口和换热流体出口。根据本发明的一个实施例，被急冷过的气态排放物混合物在低于排放物流的露点 的温度下从冷却管道排放物出口回收。冷却或急冷可以通过直接急冷装置急冷方法和/或 间接换热冷却方法实现(affect)，该直接急冷装置急冷方法被辅助有本发明的湿壁方法、 用来提供湿壁的直接急冷方法，该间接换热冷却方法被辅助有本发明的湿壁方法。在另一 方面，本发明包括利用湿壁液体薄膜冷却来自碳氢化合物热解炉的气态排放物的方法，该 方法包括(a)将气态排放物引进急冷交换器中，该急冷交换器包括(i)用于接触排放物 的内壁，该内壁限定延伸冷却管道长度的孔，该内壁包括沿着该孔的周边开口 ；(ii)与内 壁基本上同轴的外壁；(iii)在内壁的外面的基本上环形的腔，该环形腔流体地并远隔地 连接于周边开口，环形腔外部地围绕内壁，环形腔包括该外壁的至少第一部分；以及(iv)围绕该内壁的周边延伸的外周通道，该通道沿着该内壁的周边流体地连接环形腔和周边开 口，该通道包括外壁的另一部分；(b)基本上沿着该外壁的第一部分通过液态急冷流体引 进口将液态急冷流体切向地引进到环形腔中，因而引进的液态急冷流体填充环形腔；(c) 使引进的液体急冷流体从环形腔沿着通道流动路径通过通道，该通道流动路径具有基本上 平行于排放物流动通过该孔的方向的第一方向分量和从外壁朝着内壁径向向内的另一方 向分量；以及(d)使急冷流体从通道通到内壁上，用于沿着该内壁长度的至少一部分分配 急冷流体作为急冷流体薄膜，同时使气态排放物沿着冷却管道的孔并流地通过；(e)通过 换热流体进口引进换热流体，并进入急冷交换器管和急冷交换器管外面的换热流体套管之 间的急冷环形空间，该换热流体套管维持换热流体与急冷交换器管的外侧接触。换热套管 可以包括多于一个的排放物管道，例如管壳式换热器。在另一实施例中，移动液态急冷流体 的步骤还包括从环形腔朝着该孔流动路径径向向内移动液态急冷流体并移动到急冷交换 器管的内处理表面上。在又一方面，本发明包括用于实施本发明的方法的冷却管道设备，该方法利用用 于冷却来自碳氢化合物热解炉的气态排放物的设备，该冷却管道设备构成湿壁急冷设备， 并且该冷却管道设备包括(i)用于接触排放物的内壁，该内壁限定延伸冷却管道长度的 孔，该内壁包括沿着该孔的周边开口 ；(ii)在内壁外面并且与内壁基本上同轴的外壁； (iii)在内壁的外面并且包括外壁的至少一部分的基本上环形的腔，该环形腔流体地并远 隔地连接于周边开口，该环形腔外部地围绕内壁的周边，环形腔包括该外壁的至少第一部 分；(iv)围绕内壁的周边延伸的外周通道，该外周通道提供通道流动路径，该流动路径沿 着内壁的周边流体地连接环形腔与被远隔地连接的周边开口 ；以及(v)用于将液态急冷流 体引进环形槽的液态急冷流体引进口。而且，急冷管道可以包括间接换热流体套管，用于维持间接换热流体与内壁的外 侧接触，套管包括间接换热流体进口和间接换热流体出口。该设备可以用做初级急冷交换 器、次级急冷交换器或第三级急冷交换器。


图1是示出根据本发明的一个例子用于处理来自热解裂化的气态排放物的间接 换热型急冷交换器的集管组的透视图。图2是根据本发明的一个实施例例如可以与图1的间接急冷交换器集组一起使用 的润湿壁式间接换热冷却管道的简化的纵向剖视图。图3是在3-3线截取的图2的冷却管道的剖视图。
具体实施例方式本发明提供一种用于冷却来自碳氢化合物热解反应器的气态排放物流，同时减轻 换热器变污并能够热回收和再利用的方法和设备。被冷却过的排放物可以进一步处理，用 于分离和回收想要的热解产物，例如烯烃和/或芳香产物。本发明的湿壁式冷却(急冷) 方法提供用来将形成湿壁的液态急冷流体引进到排放物通孔壁表面的一种新颖的方法和 设备，此方法基于将急冷流体施加于急冷换热器或冷却管道的内壁的方法，且没有不希望 地散布超量的液态急冷流体到排放物流中。在最基本的形式中，本发明提供将液态急冷流体以实现该流体围绕排出物孔的圆周均勻分配的方式引进到环形腔中的步骤。该环形腔在 液力上受到限制，即，与排放物通孔液力分离或远离但是仍然与排放物通孔流体连通。优选 地，该液态急冷流体围绕排放物通孔的周边在有利于环形腔内完全且均勻的圆周分配和增 压的惯性能量作用下引进环形腔中。随后，本发明的设备和方法经由被连接的通道或狭槽 将液态急冷流体从环形腔输送到排放物通孔，所述被连接的通道或狭槽也用于给从环形腔 离开的流体提供液力阻碍或阻力，以便保持环形腔的全部容积基本充满急冷流体以及维持 关于由于流体运动学引起压力差和梯度围绕环形腔的整个行程基本上相等地增压。因而， 均勻且受控地供应的急冷流体在足够低的能量水平下在周边开口处引进到排放物通孔，以 避免由于流体剪切或其他散布导致急冷流体散布或损失进入热的、高速排放物流的芯部 中。于是液态急冷流体能够从周边开口沿着排放物通孔的内壁有效并且均勻地分布，从而 提供有效的、高效的、均勻的急冷薄膜。本发明的方法和设备可以适用于利用排放物通孔壁 上的引进的急冷流体薄膜的基本上任何急冷方法(例如湿壁辅助式初级直接急冷装置或 湿壁式次级和/或第三级间接换热急冷交换器)。除非另有说明，所有的百分比、部分、比例等都是关于重量的。除非另有说明，所指 的化合物或组分包括该化合物或组分本身以及与其他化合物或组分的组合，例如化合物的 混合物。而且，当数量、浓度或其他值或参数作为上优选值和下优选值的列表给出时，应当 理解为具体公开由任何一对上优选值和下优选值构成的所有范围，不管范围是否被单独公 开。可以用于本发明中的特别适用的举例性的碳氢化合物热解原料通常包括一种或 多种液态碳氢化合物原料，例如，石脑油、瓦斯油、煤油、加热油、柴油、加氢裂化产物、合成 催化剂液体、馏出物、重瓦斯油、蒸汽裂化瓦斯油和残渣、原油、原油分馏物、常压管式蒸馏 石油残渣、包括残渣的真空式蒸馏流出物、来自精炼炉的非直馏重碳氢化合物流出物、真空 瓦斯油、低硫含蜡残渣、重石蜡、常压残渣以及重残渣并且还包括盐和/或粒状物质。虽然本发明的方法可以用来急冷由基本上任何裂化的碳氢化合物原料产生的排 放物流，但是特别适合的碳氢化合物原料包括通常终沸点的温度范围从至少约90°C或甚至 更优选从约180°C或更高的进料。特别常用的进料可以包括比轻石脑油重的液态碳氢化合 物，或具有较高的芳烃含量的进料，从而导致很多焦油产物母体产生。示范性的进料可以 包括在从约90°C到约650°C (从约200° F到约1200° F)范围(比如说，约200°C到约 510°C (从约400° F到约950° F))内沸腾的进料。裂化反应器的出口处的气态排放物的 温度通常在约760°C到约930°C的范围内，并且本发明提供一种方法，将排放物最终冷却到 在排放物流内产生凝结物的温度。本申请通过引用将美国专利申请No. 2007/0007169 A1的整个公开结合于此。本发明特别地涉及一种用于利用湿壁式急冷设备直接和/或间接急冷来自液态 碳氢化合物热裂化单元(优选地来自蒸汽裂化单元)的气态排放物的方法。一种示范性的 冷却方法通常包括使排放物通过至少一个初级冷却单元，例如初级急冷装置或者也利用 间接换热的初级换热器(初级TLE)，该初级冷却单元从排放物回收热；将排放物冷却到想 要的温度，例如刚好在凝结和变污开始的温度之上。可选地，初级急冷处理可以包括本发明 的湿壁处理，并且可选地与直接急冷喷射装置结合，从而主要的冷却通过直接急冷喷射提 供，而湿壁防止凝结物变污。
本发明方法也可应用于在初级急冷装置或TLE中冷却气态排放物，例如，冷却到 刚刚在排放物露点之上或之下的温度，并且也可以利用次级和/或第三级急冷，以进一步 将该排放物冷却到低于排放物露点。传统的间接换热器(例如，双管换热器、管套管型 TLE换热器、管壳式换热器、风扇冷却式或其他间接换热器)可以用在间接换热应用中。 初级换热器可以例如通常在从大约4240kPag(600pisg)到大约13，800kPag(2000psig) 的压力下利用饱和的锅炉给水和蒸汽作为间接冷却介质，将处理流冷却到约340°C和约 650°C (645° F和1200° F)之间的温度，例如约370°C (700° F)。在其它应用中，初级急 冷可以用直接急冷装置与基本不利用间接换热的根据本发明产生的湿壁相结合来进行。进 一步的冷却可以在利用间接热交换的次级和/或第三级换热器中提供，并且也可以利用根 据本发明的方法和装置进行的湿壁处理。在离开初级换热器时，被初步冷却的气态排放物仍然可以处在排放物的碳氢化合 物露点(出现第一滴液体凝结物的温度)之上的温度。在特定裂化条件下对于典型的重进 料，排放物流的碳氢化合物露点可以在从约340°C到约650°C (650° F到1200° F)的范围， 比如说从约400°C到约600°C (750° F到1100° F)。在碳氢化合物露点之上，变污倾向较 低，即，气相变污通常不严重并且通常很少甚至没有引起变污的液体存在。焦油(包括焦油 产物母体)通常在从约200°C到约350°C (400° F到650° F)范围(比如说从约230°C到 约315°C(450° F到600° F)，例如290°C (550° F))内的温度下从重料基本完全凝结出 来。初级换热器(通常双管、干壁式急冷换热器)还可以用作高压蒸汽过热器，例如，美国 专利4，279，743中所描述那种类型的高压蒸汽过热器。可选地，干壁式急冷换热器可以是 高压蒸汽发生器。根据本发明的一方面，离开初级换热器之后，优选地将气态排放物通到至少一个 次级换热器，该次级换热器进一步将气态排放物冷却到例如低于其露点的温度。本发明的 方法包括润湿的冷却管道壁以防止或减轻凝结的焦油化合物沉积在内壁上。通孔壁利用根 据本发明直接引进的液态急冷流体而引进的液体薄膜润湿。在一些方法中，润湿可以通过 现场液体产生得到增强或补充，例如通过直接急冷流体的直接喷射和/或通过被急冷的排 放物流的组分的凝结而得到增强或补充，该被急冷的排放物流通过直接喷射急冷和/或间 接急冷流体冷却其中之一或者两者而凝结。因此本发明的湿壁式换热器也可以包括用于补 充冷却和间接热回收的诸如环形冷却套管的间接换热装置，例如双管布置型换热器、管壳 式换热器、输送管线换热器(TLE)或其他间接换热器布置，以进一步冷却排放物流。对于具 有间接换热的湿壁式TLE，急冷流体薄膜可以用作冲洗溶剂以防止变污，并且另外用作传热 介质，以有利于从排放物流通过急冷流体穿过换热器管壁进行传热并且将热传递进入诸如 蒸汽或水的间接急冷介质。在引入排放物流的位置处，急冷流体的温度优选地为处于或低于夹带的焦 油组分完全凝结的温度(一般在约200°C到约290°C (400° F到550 ° F)，例如在约 260°C (500° F))。因而，焦油产物母体凝结基本上在排放物离开换热器之前在换热器通孔 内完成。焦油产物母体凝结必需在离开换热器之前全部完成，否则该装置能够变污。优选 地，当排放物流沿着通孔被冷却时，急冷流体薄膜借助于急冷流体有效地保持换热表面湿 润，因此防止焦油沉积在换热处理表面上并弄污该表面。湿润型换热器应当将排放物流冷 却到低于产生焦油的温度。如果在这点之前停止冷却，变污可能发生在更下游，因为处理流将仍然处在变污范围中。 除了与直接急冷系统一起使用之外，诸如水套管的间接热交换可以与本发明的湿 壁式急冷交换器和方法一起使用。间接热交换可以利用水和蒸汽作为热回收介质，用来回 收并再利用排放物热，以供给高压蒸汽发生器或高压锅炉给水预热器。急冷系统中高压锅 炉给水预热器的利用使能量能够在低于287°C (550° F)的温度下被回收，因此，间接地促 进有价值的高压蒸汽的产生。现有技术的直接急冷装置或方法根据获得想要的冷却效果所需要的热负荷一般 在至少为1. 0，并且通常大于2. 0，并且通常甚至大于4. 0的直接急冷流体与炉子进料重量 比率下运行(术语“炉子进料”是指供给到炉子发热部分的碳氢化合物进料组分，不包括任 何添加的蒸汽)。通常，在现有技术的商业应用中不使用低于2. 0的急冷流体与炉子进料比 率，原因是知道这样的比率不能有效地形成有效润湿的壁。但是，即便在这样较高的急冷流 体流量下，由于污物阻止和除去不足，在直接急冷设备中有时仍然会发生变污。最高效的已 知的现有技术湿壁式直接急冷系统一般需要从约2. 0到约4. 0的润湿壁急冷流体与炉子进 料的比率，以便可靠地产生薄膜覆盖。在直接急冷方法中湿壁薄膜的作用在于(i)防止并 除去污物堆积以及(ii)通过与气态排放物流直接接触冷却气态排放物流。因而高度组合 的直接急冷流体和湿润壁急冷流体的流量在排放物流中形成过量的总急冷流体。因此，现 有技术直接急冷系统应当改进效率。同样，现有技术间接换热急冷系统也需要有效地提供湿壁以减轻并除去较冷的排 放物通孔壁上的污物聚集的方法。但是，实际上没有发现湿壁式间接换热系统在商业上成 功过，即便具有低效的流量。一般，在间接换热系统中排放物通孔的直径比直接急冷系统中 的排放物通孔的直径小得多，因而经受由于在这种间接换热系统中任何引进流体所引起的 增加的动力学影响。直接急冷系统例如可以提供内径为8至10英寸的排放物通孔，而间接 换热急冷系统一般内径为例如从约2至4英寸的排放物通孔。因此，在间接换热系统中不 容易获得大加载的壁湿润液态急冷流体体积，并且间接换热系统变得对增大的流体载荷非 常敏感，特别是当湿壁式系统以大于约1. 0的比率(例如从约1. 0到约3. 0的比率)增加 液态急冷流体时。因此，在湿壁式急冷系统中改进的效率和性能具有非常有利的总体急冷 系统影响，特别是，对于与间接换热系统一起使用的情况。本发明提供更加高效的方法和设备，以形成用于与直接急冷系统和/或间接换热 型急冷系统任何一种或两者结合的系统一起使用的有效润湿的壁。因此本发明适于(i)独 立急冷型或壁润湿式系统；(ii)补充直接急冷系统；(iii)直接系统；和/或(iv)与间接换 热系统一起使用，如果希望的话，液态急冷流体与炉子进料重量比率为从约0. 1到约1. 0。 本发明的系统还可以用来提供较高的急冷流体与碳氢化合物进料比率(例如大于1.0，如 果系统的话)，例如用于与需要较高比率的直接急冷流体的直接急冷系统一起使用。高于润 湿壁所需量的附加急冷流体(包括实现热平衡所需要的流体)可以单独地引进，或与本发 明的设备和方法相结合。在许多应用中，本发明的湿壁式系统能够在从约0. 2到约0. 5的 液体急冷流体与炉子进料重量比率下提供有效的、均勻的和全面的润湿壁的液态急冷流体 薄膜。这对整个急冷系统效率和性能方面是一种显著的改进。围绕急冷管道或排放物通孔 的整个外周的均勻的和全面的急冷膜分配在低的急冷流体流量下(特别是在小于1. 0的比 率下)变得特别具有挑战性和特别重要，而本发明提供能够提供这种改进性能的方法和设备。本发明克服了以前需要非常高的湿壁急冷流体引进流量的障碍，并且提供一种方法和 装置，以实现基本均勻的急冷薄膜厚度或密度，从而提供充分的保护，以防止焦油或焦油产 物母体沉积在排放物急冷系统的所有区域上，并且从其上除去这些焦油或焦油产物母体。 本发明的方法和设备的优点是提供一种有效的湿壁式急冷换热器，该湿壁式急冷换热器在 比以前可能的比率低得多的急冷流体与炉子进料比率下运行。在一个优选实施例中，本发明包括用于通过将气态排放物引进到冷却管道(或更具体地说急冷交换器型冷却管道)冷却来自热解炉的气态排放物流的方法。本发明包括， 通过在排放物流动流的整个周边上提供非常平稳的急冷流体引进的速率和体积这样一种 方法将液态急冷流体引进到冷却管道的内表面上并引进通过该管道。优选地，该急冷流体 通过从围绕管道圆周延伸的外周急冷流体容器或环形腔基本上均勻的流体迁移被引进到 排放物通孔，以给引进通道供给急冷流体。在本发明的一方面，来自热解炉的气态排放物流过延伸该冷却管道的长度的孔。 该孔的相关部分一般是在周边开口和管道出口之间的那部分，或者该孔的相关部分也是经 受间接热交换的那部分。虽然优选的是，该孔的横截面基本上是圆的，并且沿着流动路径轴 向地延伸以形成大致管状的通孔，但是冷却管道可以是基本上任何截面几何形状，例如椭 圆形、长方形、波状的等。还优选的是，冷却管道通孔是大体细长的并且沿着排放物流动路 径是直线的。但是，可以预期，管道和急冷换热器孔可选地包含曲线，例如U形的几何形状。 冷却管道通孔因此可以具有大体任何方便的尺寸和形状，但是，由于在润湿急冷流体从周 边开口迁移之后，复杂的几何图形会使均勻地湿润变得比较困难，因此优选地，冷却管道通 孔是线性的或直的，并且相对于地面沿着直立或竖直方向取向，如图1所示。本发明的方法在冷却管道内壁的外周上提供急冷流体周边开口和一连接的通道， 用于从该环形腔输送急冷流体到排放物孔。优选地，该急冷流体通道围绕所述内壁的整个 圆周是连续的，以将急冷流体均勻地不间断地引进到排放物流中并且引进到内壁的整个周 边上。但是，应当认识到，一些急冷装置几何结构可以包括平分该通道的支撑部件，从而得 到稍稍不连续的通道。该环形腔设置在排放物通孔的外周的外部并且圆周环绕地围绕该通孔的外周以 用于接收和分布急冷流体。环形腔的尺寸应当做成允许急冷流体和急冷流体中的压力围绕 排放物通孔的周边基本上全部和均勻地分配，并且相对于该排放物通孔的周边避免不规则 区域或来自环形腔的急冷流体损失或过度集中。通道几何形状和尺寸也应当确定成以便在 环形腔内形成基本均勻的或良好分配的压力，以及在将急冷流体接收在其中的环形腔和排 放物通孔之间形成稍微的液力阻碍或压力降。术语“液力阻碍”旨在广义地定义，以基本包 括任何液力障碍、压力降、阻力、或其他流动变慢或控制元素。这种液力阻碍通过在该环形 腔和周边开口之间形成“液力阻碍”或远隔性在运行期间有助于保持环形腔基本全部充满。 但是，也希望急冷流体通道包括足够的宽度或间隙尺寸，以在内壁周边开口处提供足够的 总流动面积，以便在圆周开口处不会引起压力降，这种压力降不希望地使急冷流体喷射或 以其它方式散布供给到排放物流中。急冷流体应当从在内壁上的通道开口(周边开口)均 勻地流动，从而有助于沿着排放物流的方向用液体急冷流体涂覆该壁。优选地，液态急冷流体从穿过急冷设备的壁的液态急冷流体引进口进入环形腔， 更优选地，相对于管道通孔切线地进入该环形腔。在一个优选实施例中，本发明的设备和方法包括利用两个流体引进口，用于将急冷流体引进到环形腔中。两个流体引进口中每个 应当设置成彼此分开大约180度，并且每个定向成沿着与另一个相应引进口相同的方向切 向地供给急冷流体。因而，急冷流体围绕排放物通孔沿着共同的旋转方向被引进该环形腔 中。可以想到另外的实施例，这些实施例利用围绕通孔周边间隔的增减数量的急冷流体引 进口，但是这种ζ增加的引进口可以是不必要的，因为本发明的设备已经用单个或两个相 对的流体弓I进口证明并模拟足够的流体分配。由于本发明的方法和设备使急冷流体和压力基本均勻地分配在排放物通孔壁的 整个周边上，如果该通孔壁曾经开始变污，则仅仅通过增加通到该通孔壁上的急冷流体的 流量就可以从该通孔壁除去污物。例如，急冷流体流量可以增加从大约百分之十到百分之 百，例如大约百分之五十，直到认为该孔已经干净。同样，正常的急冷流体流量可以根据运 行参数(例如排放物流量、排放物排放温度、和/或间接急冷流体温度)调节。本发明的设 备将不需要像通常给现有技术急冷设备除垢所做的蒸汽除焦或其他强烈的热干涉。
图1显示了本发明实施例的透视图，该实施例包括间接换热型冷却管道的集管管 组，与壁润湿设备一起用于冷却诸如由蒸汽裂解产生的气态排放物。图2显示了示范性的、 简化的流体冲洗式(润湿壁式)换热器的一个实施例截面图，该换热器也包括间接换热，以 冷却该气态排放物。来自碳氢化合物热解炉(未示出)的包含气态焦油产物母体的排放 物100通过将该气态排放物例如在其露点之上的温度下引进到急冷换热器冷却管道102而 被冷却。一方面，本发明的方法包括将气态排放物100引进到冷却管道孔107，并且然后沿 着管道内壁106均勻地引进液体急冷流体120。该冷却管道102包括(i)用于接触排放 物100的内壁106，该内壁106限定延伸管道107的纵向长度的孔107，内壁包括沿着该孔 的周边开口 109，并且优选地围绕孔107的整个周边不间断地延伸，(ii)与内壁106基本 上同轴的外壁209、210，(iii)在内壁外面并且包括该外壁的至少第一部分209的基本环 形的腔206，该环形腔与周边开口 109远程地并且连体地连接，并且环形腔外部地环绕内壁 的周边，环形腔206至少包括外壁209、210的一部分209，(iv)围绕内壁106的周边延伸 的外周通道212、外周通道212流体地连接环形腔206和内壁106处的圆周开口 109，优选 地，该通道212包括外壁209、210的另一部分。该方法还包括步骤(b)基本上沿着外壁的 第一部分209将液态急冷流体120切向地引进冷却管道102的环形腔206中，从而急冷流 体120填充环形腔206并对其加压；和步骤(c)使引进的液体急冷流体从环形腔沿着通道 流动路径212经过通道212通到周边开口 ；以及步骤(d)使液态急冷流体从圆周开口 109 通到内壁106上，用于沿着该内壁106的至少一部分以急冷流体薄膜的形式分配急冷流体 120，同时沿着冷却管道102的孔107使气态排放物100并流地经过，以产生被急冷过的气 态排放物流。通道212可以具有基本任何形状，但是优选是外周间隙或狭槽型孔，或相对于 从外壁209到圆周开口 109的径向向内方向具有均勻渐缩的或比较恒定的间隙宽度。通道 212给从环形腔106到周边开口 109的液态急冷流体流动提供至少一些液力阻碍或障碍。 液力阻碍的量不需要很大，但是只是仅仅足以妨碍从环形腔到排放物通孔中的过早的或不 均勻的液态急冷流体损失。液力阻碍仅仅需要提供足够的妨碍，以有利于在环形腔206的 全部长度内液态急冷流体压力的均勻分配和基本均勻的增压，随后液态急冷流体120从环 形腔206基本均勻地排放通过通道212并进入内壁106。从环形腔206到周边开口 109的 外周通道212的准确形状或流动路径方向不是关键的，并且可以是大体弯曲的、平直的、直线的，或包括带角度的流动路径，例如图2所示的基本直角的流动路径。第一和第二流动分 量的总和优选地导致这样的合成液力流动路径，该合成液力流动路径从环形腔206到圆周 孔109基本上是直线的，或如果沿着其长度流动路径逐渐渐缩然或以其它方式具有液力变 化的话是，曲线的。重要的是急冷流体基本切向地引进到环形腔206中，使得流体能量沿着外壁表面 209被损耗，离心地填充环形腔206。除了在环形腔内容纳液态急冷流体之外，外壁209和 210也起到方便液态急冷流体加压迁移通过通道并移动到内壁106上的作用。优选地，外周 通道212发源于大体与外壁表面209平行的环形腔206的部分，使得外壁209、210的第一 外壁部分209基本平行于另一部分210或与另一部分210齐平，例如，外壁部分209和210 相对于排放物通孔中心线具有相同的外径。因而，离开环形腔206的流体不必克服通过稍 微径向向内运动而引进环形腔206的急冷流体朝着排放物通孔中心线的离心力，并且仅仅 能够沿着外壁的第一部分209直接移动，并沿着外壁的另一部分210进入通道212。但是， 通道212也可以起源于环形腔206的另一部分，例如如图2所示的环形腔206的中间部分。
优选地，环形腔206包括比引进口 204的横截面面积大的腔横截面面积，使得急冷 流体120可以加速通过引进口 204进入环形腔206，以提供必要的能量，从而沿着外壁的第 一部分209在环形腔206内均勻地分配急冷流体，同时在环形腔内提供一定容积，用于在 环形腔内进行圆周分配期间耗散一部分引进能量。还优选地，外周通道212的有效(起作 用)的液力横截面孔面积小于环形腔206的有效的液力横截面面积，以在环形腔206和外 周开口 109之间提供液力阻碍或远隔性。因而，外周通道212能够给环形腔206内的液态 急冷流体120提供流动阻力或压力降，以有利于环形腔206内的液态急冷流体120和压力 大体均勻地分配到通道212或孔107中，且没有来自于环形腔206的急冷流体120的过量 或不均勻损失。换句话说，环形腔206相对于周边开口 109和孔107因此在液力上“远隔”。 这种远隔或分开基本是同义的，至少部分地由于通过通道212形成的液力阻碍，并且部分 地由于环形腔206的附近区域与周边开口 109或孔107隔离。通道的尺寸和结构、以及环 形腔内的所需要的液力阻碍的量和流体压力将取决于许多系统因素，例如，热解炉和急冷 系统运行条件、流量、急冷系统的结构和类型、顺序急冷步骤的数目、希望的急冷负荷、流体 性质、进料性质等。一般，通过通道的液力阻碍或环形腔内的平均压力和排放物通孔内的压 力之间的压差将在从十分之几Psig到五十psig的范围内。但是，一般来说，环形腔内的压 力可以仅仅需要是大于在外周开口处的排放物流中的压力从十分之几psig到小于约二十 psig。在一些实施例中，液态急冷流体120可以经由单个引进口 204被引进到环形腔206 中，而在一些优选实施例中，急冷流体120可以经由两个引进口 204引进环形腔206中，在 孔107的相对两侧上一侧一个，并且每个引进口定向成沿着与另一引进口 204相同的方向 切向地引进急冷流体，以在环形腔206内提供一致的方向的流体流。在其他可选实施例中， 该流体可以经由三个或更多个引进口 204引进环形腔206中。计算机模拟研究表明，一对 引进口 204(每个与另一个相对大体180度并且定向成用于均勻地切向引进急冷流体)可 以提供高效的、有效的并且优选的组件。优选地，急冷流体通过外周通道212移动到内壁106上在流量以及围绕通孔107 的整个周边的排放上是基本均勻的。优选地，径向移动急冷流体的步骤包括通过重力和排放物流体剪切力的组合作用沿着通孔内部处理表面的整个轴向长度分配急冷流体薄膜。优 选地，该通孔沿着相对于正常的地表面平面竖直或垂直的流动方向定向。优选地，每个冷却 管道102定向成相对于水平地面基本竖直或垂直，并且来自碳氢化合物热解的排放物优选 向下通过孔107。气态排放物100相对于沿着孔107的气态排放物的流动流，从设置在通道 212上游的排放物进口 110向通道212下游的被急冷过的排放物的出口通过。如上所述，希望在通道212用来流体地连接环形腔206与排放物孔107的同时，根 据本发明的外周通道212还用来使包含在通过引进口 204切向地引进到环形腔206中的流 体120中的动力学的惯性能量与最终通过周边开口 109引进并且引进到表面106上的流体 中的低动力学能量流体地分离。环形腔206中的惯性喷射能量受到很大限制并且消耗在围 绕环形腔分配流体以及保持环形腔206内的压力上，使得环形腔内的压力能量主要消耗在 移动液态急冷流体通过通道212上。在切向地进入本发明的急冷装置102的环形腔206之后，急冷流体沿着环形腔206 的整个容积散布，沿着外壁210耗散离心力能量。然后该急冷流体优选地在环形腔206内 沿着流动方向经历横向变化，并且具有基本上平行于排放物通孔107中心线C/L的方向分 量地移动。优选地，该通道沿着通孔107在与排放物流动方向相反的方向引导液态急冷流 体，特别是当排放物100向下流动通过竖直取向的管道102时。例如在排放物相对于竖直 取向的管道102向上流动的情况下，优选地该通道可以沿着与排放物流100的方向相同的 方向引导液态急冷流体。因而，该通道优选地至少在一部分流动路径中总是沿着向上的方 向引导液态急冷流体通过通道212。根据诸如图2所示的实施例，当排放物具有这种向上的 方向分量(或者平行于孔107中心线，或者作为相对于孔107的中心线成角度的或弯曲的 流动路径的方向分量)地进入并且横过外周通道212时，沿着该通道的排放物流动路径可 以改变方向，以具有朝着排放物通孔中心线径向向内的方向分量地开始流动，直到它最终 在周边开口 109处横过通道212。这些特征的组合用来将围绕通孔分配急冷流体的方面与 将排放物引进通孔的步骤分开。与现有技术相比，这种分开或液力远隔性能够改进急冷流 体的分配，改进急冷流体厚度的均勻性以及急冷薄膜形成的效率。与现有技术相比，该方法 能够利用较少量的急冷流体沿着内表面106产生有效的急冷流体薄膜覆盖。图1所示的多个间接热交换冷却管道或急冷交换器102为了间接热交换以及热回收均包括用来接触热排放物的内部处理壁106和用于接触换热流体的外部壳体侧108(见 图2)。冷却管道还包括排放物进口 110和被急冷过的排放物出口 112，从该出口回收被急 冷过的烃类排放物。在一些方面，被冷却过的排放物处在低于焦油产物母体凝结的温度的 温度下。急冷流体引进口 204将液态急冷流体(优选馏分油，更优选包含芳香族的馏分油) 引进环形腔206和通道212中。特别能够用来在内壁106上形成湿壁液态急冷流体薄膜的 优选的液态急冷流体120可以包括液态急冷油，例如芳香油。优选的芳香油可以具有至少 约400°C (750° F)的终沸点。其他特别有用的液态急冷流体可以包括芳香馏分物，例如从 冷却过的气态排放物流100中回收的馏分物。优选的液态急冷流体也可以基本上没有焦油 产物母体。优选地，液体急冷流体120可以根据如下之一引进环形腔206中(i)被供给到 裂化炉放热部分的碳氢化合物进料的流量和/或(ii)来自冷却管道出口 112的被冷却过 的气态排放物的温度。优选地，如图2所示，液态急冷流体引进口 204轴向地设置在排放物进口 110的下游。优选地，如图3所示，急冷流体引进口 204相对于环形腔206的圆周周边将液态急冷流 体切向地引进环形腔206中，以围绕环形腔206的全部圆周或外周长度基本上均勻地并且 圆周环绕地分配急冷流体，而不直接将该急冷流体120引导到通道212中。术语“切向的” 优选是指相对于从切线交点到排放物通孔中心线的半径成基本上直角，但是也可以包括在 切线交点处更加钝角的或更加锐角的其他角度，例如相对于直角正负十五度。一般优选的 是，进口 204将液态急冷流体120引导到围绕环形腔206的圆形流体路径中，并且更优的 是，冷却管道102提供两个切向进口 204，如图3所示。图3还示出关于环形腔206的横截 面基本上设置在中间的通道212。但是，在一些实施例中，可以优选的是，环形腔206内的外 壁的第一部分209与非常靠近环形腔206的通道212的第一部分内的外壁的第二部分210 基本上齐平。因而，通道212在环形腔206的相对于沿着排放物通孔107的中心的中心线 具有最大直径的一部分处与环形腔206连接，使得该通道流动路径的至少一部分包括与环 形腔206的外径基本相同的外径。优选地，环形腔206尺寸做成用作分配腔206，该分配腔20有利于通道212内的急 冷流体的均勻分配和增压，与炉子排放物气体流100的剪切影响无关。当以低的急冷流体 相对进料的比率(例如以由本发明导致的可能的比率)运行时，在壁106上均勻和可控的 流体分配和薄膜形成很重要。优选地，当急冷流体离开通道212时，由于在环形腔206和通 道212两者内的表面摩擦效应，急冷流体的切向漩涡分量的主要部分已经失去，并且当流 体120从外周开口 109发出时，流体被基本纵向地引进到内壁106上。在一些实施例中，液 态急冷流体在周边开口 109处转过90度的弯，如图2所示，并且沿着壁106与正在流动的 炉子排放物平行地纵向发出。在一些优选实施例中，环形腔206至少提供与通道212的容量一样多的装载容积， 优选至少是其两倍的装载容积，使得环形腔206构成急冷流体供给容器，该急冷流体供给 容器围绕内壁106的整个圆周以最小的压力差给通道212均勻地提供急冷流体。环形腔206 的装载容积还提供用于耗散任何惯性引进能量的容积，该惯性引进能量来自环形腔206内 的引进的急冷流体，无论通过切向、倾斜或垂直引进急冷流体到环形腔206中都是可行的， 尽管切向引进是优选的，以有利于均勻地填充环形腔206。因而，急冷流体120可以以受控 的、基本均勻的方式引进通过通道212并且引进到内壁106上，这种方式避免将急冷流体喷 射或以其他方式散布到孔107中。而且，环形腔206能够有利于圆周地围绕孔107的整个 周边从进口 204或引进位置大致平顺地分配和供给急冷流体。优选的是，环形腔206形状做成为基本上环形(toroidal)形状的通道、凹口、狭 槽，如图2所示。环形腔206的截面形状通常不是关键的，并且可以是例如圆形的，包括基 本平直的壁，或形状做成细长的狭槽，只要急冷流体在整个腔内容易散布。优选的方法包括 通过流体引进装置202和引进口 204有力地引进液态急冷流体120，以便引起液态急冷流体 旋转或涡旋通过环形腔206的环形路线。但是，在一些可选实施例中，环形腔206可以是与 通道212基本相同的部件，或与通道212基本相同的或类似的尺寸和形状或几何结构，使得 难以区分腔结束以及通道212开始于何处。所有这些实施例都被认为是本发明的实施例。优选地，急冷流体引进口 204在相对于通孔107的轴向位置将急冷流体120引进 环形腔206中，该轴向位置至少稍微偏离并且与包含通道212的平面不直接成直线，以避免 从引进口 204将急冷流体直接、惯性地喷射到孔207中或直接喷射到通道212中，因而避免急冷流体圆周地围绕内壁10非均勻地分配。引进的急冷流体120可以用作壁湿润液态急 冷流体和/或用作直接急冷流体以直接冷却排放物100。在直接急冷应用中急冷流体引进 流量一般可以大大高于在一些其他应用(例如没有直接急冷的间接热交换)中的急冷流体 引进流量，以便达到适当的热平衡。为了有利于或帮助围绕环形腔206的周边基本均勻地 分配急冷流体120，根据本发明的一些方法可以利用多个急冷流体引进口 204和多个急冷 流体装置202。一些优选实施例利用两个急冷流体引进口，每个引进口设置在冷却管道的与 另一引进口相对的一侧上。虽然偏移的量不是关键的，但是优选地，环形腔206和周边开口 之间的偏移包括液态急冷流体引进口 204的至少最小内径的偏移位移，使得引进口 204不 会明显将液体急冷流体120直接输送到通道212中，如前所述。关于通道212的形状或通 道流动路径取向，可以优选的是，通道212流动路径包括弯曲的或成角度的成分，以便不仅仅提供从环形腔到周边开口的直线的或直接的流动路径，从而方向的变化能够提供通过通 道的至少一部分液力阻碍。但是，还优选的是，通道流动路径包括流动方向的变化，例如，在 大体邻近环形腔的通道212流动路径的第一部分和大体邻近周边开口 109的第二部分之间 至少45度的角度变化。在又一些实施例中，可以优选的是，通道流动路径包括流动方向的 更大的变化，例如在靠近环形腔的通道212的第一部分和靠近周边开口 109的第二部分之 间至少90度的角度变化，如图2所示。为了避免将液态急冷流体从引进口 204直接方向引进到通道212中，希望在环形 腔206内提供角度偏移，如在从引进口 204到环形腔206的液体引进方向和通道212的流 动路径的第一部分之间。例如，这在一些实施例中对于靠近环形腔206的通道212流动路 径的初始部分是所希望的，以沿着与排放物通孔基本平行的方向流动。对于另一个例子，还 希望，通道212的流动路径总长度的至少四分之一基本上平行于通过该排放物通孔107的 中心线。这种布置(通过所述另一个例子)不仅包括具体平行的流动，而且还包括相对于 排放物通孔107的中心线成一角度的流动路径的方向分量的部分。在一个优选的取向中， 对于通道212的总长度的大约四分之一或以上，通道的这种平行部分因此可以大致向上定 向并且具体地平行于排放物通孔107。因而，液态急冷流体120从环形腔206偏移并且必 需大致向上移动(或至少具有向上的方向分量，例如朝上的角度)通过通道212的一部分 (至少总长度的四分之一)，并且然后通过基本直角并沿着径向向内的方向朝着周边开口 109移动。在一些优选实施例中，冷却管道或急冷交换器102还包括间接换热器，例如，如图 2所示的双管式急冷交换器，以增强急冷并有利于间接热回收和再循环。优选实施例可以包 括在外部急冷管104外面的同轴的换热流体套管122。冷却管道102可以包括急冷交换器 管104，作为提供外部壳体表面108的换热管，利用同轴的换热套管122形成换热流体环形 空间125。优选地，换热环形空间125轴向地设置在急冷流体通道212的下游，用于使急冷 管104的外部壳体侧108接触换热流体124，例如水或蒸汽。优选地，换热流体套管122设 置在环形急冷流体喷射口 204和通道212的足够下游处，以容许将内壁106上急冷流体薄 膜加热到大约蒸汽的饱和温度。优选地，套管122与急冷管104基本同轴，并且还包括换热 流体进口 126，该进口 126用于提供具有低于排放物温度的温度的换热流体124。优选地， 换热流体进口 224通过换热流体进口集管127供给换热流体124，并且换热流体出口 128从 换热流体出口端口 228经由换热流体出口集管132排出被加热过的换热流体130，例如被加热的液态水或蒸汽。如果希望的话，进口和出口位置可以相互转换。如图2所示，换热流体通过间接换热流体端口 224可以进入流体套管125，并且通过间接换热出口端口 228从该流 体套管离开。优选地，急冷交换器102可以在炉子排放物100和急冷流体120沿着通孔107向 下流动的情况下运行，同时饱和的高压锅炉给水/蒸汽围绕冷却管地在环形空间125内向 上流动，尽管其他的换热器几何构造也是合适的。锅炉给水/蒸汽回路优选设置为自然温 差环流系统，从升高的蒸汽鼓运行，这在乙烯炉中是常见的，例如在为了出席1994年4月 在 Atlanta 举行的 AIChE 春季国家会议 H. Herrmann 以及 W. Burghardt, Schmidt ‘ sche Heissdampf-Gesellschaft准备的文章(文章#23c) “乙烯设备的传递线路换热器 设 i十白勺最新进展(LatestDevelopments in Transfer Line Exchanger Design for EthylenePlants) ” 中所描述的。如上所述，在一些实施例或方法中，希望在急冷流体引进通道212和换热环形空 间125之间提供短距离的无套管的(非间接冷却的)通孔。例如，当从间接换热产生高压 蒸汽时，非间接冷却通孔的长度应当选择成使得，在急冷流体薄膜进入换热器管104的套 管122(冷却的)部分之前，内壁106上的急冷薄膜被加热到大约蒸汽的饱和温度。而且， 特别是关于直接急冷方法，当液态急冷流体薄膜被加热时，它冷却并凝结气态热解排放物 中的重组分，因而用现场产生的薄膜形成流体置换至少一部分蒸发的急冷流体。因而，还沿 着管壁106维持急冷流体薄膜，甚至在部分急冷流体被蒸发时。从通道212以这样的流量 传送急冷流体，该流量能够从炉子排放物的第一最重组分凝结的时刻或温度开始并且直到 可凝结的焦油产物母体基本全部被凝结确保足够的液态急冷流体沿着壁106流动，以使变 污最小化或防止变污。再参考图1，急冷流体120可以通过给急冷流体供给进口管116进料的集管供给 到急冷交换器集组，优选地，以图中所示的切向地进行。设置出口 134用于排出被冷却过的 气态排放物、被加热过的急冷流体、以及夹带在被冷却过的流内的被冷却过的焦油产物母 体的混合物136。在冷却管道102的底部的清洁出口端口和排放物出口 134优选设置在冷 却管道102的气态排放物排出端112的附近。多个出口 134可以集合在一起形成共有的集 管。液态急冷流体120通过急冷流体喷射口 204引进环形腔206中。在本发明的一方 面中，引进口 204的尺寸可以做成提供足够的背压，以对如图1所示的集合的急冷交换器集 组中的所有喷射器产生很好的急冷流体分配。根据一个优选实施例，冷却管道102包括直 接急冷流体引进口，用于将直接急冷流体引进气态排放物流中，以急冷该气态排放物。这个 直接急冷流体引进口可以是与用于引进形成湿壁薄膜的液态急冷流体的引进口分开的引 进口。但是，在另一些优选实施例中，直接急冷流体引进口与用来引进形成湿壁薄膜的液态 急冷流体的引进口是同一个引进口。在这样的实施例中，直接急冷流体引进口包括或者是 液态急冷流体引进口并且直接急冷流体包括或者是液态急冷流体。因此直接急冷流体通过 环形腔、通道和周边开口。图2所示的总体冷却管道示出基本齐平的排放物通孔107，在该孔107的整个轴 向长度上具有基本不变的内径。但是，在一些实施例中，通孔107可以在内径上包括一些变 化。例如，周边开口 109上游的孔107的内径可以比周边开口 109下游的孔107的内径小。因而这种喉管提供用于引进的急冷流体120的额外容量，例如用于直接急冷方法。内径变化还可以出现在周边开口处或其附近，用于周边开口 109上游的喉管和周边开口下游之间 的热膨胀或位移。在一些实施例中，通道212可以包括在周边开口处的急冷流体流动路径 方向的变化，使得周边开口 109大致沿着排放物通孔朝向，与孔壁106平行。因而，急冷流 体120可以仅仅直接发出在孔壁106上，以减少暴露给由在孔107中流动的排放物流100 引起的剪切作用。本发明湿壁式冷却管道或急冷交换器方法和设备的实施例的计算机模拟预示，在 急冷流体对炉子进料的比率低于约2. 0下，并且在一些情况下甚至低于约0. 1时，液态急冷 流体质量流量能够提供有效的湿壁薄膜，这种可操作的湿壁液态急冷进料比率范围可以从 0.1向上增加到至少5.0的比率，如果希望的话甚至更高(例如在直接急冷应用方面)。用 于湿壁液态急冷流体引进的预期的优选操作范围可以具有从约0. 1到约4. 0的范围内的质 量比率。用于基本上不依赖于直接急冷的间接换热应用的预期的优选操作范围可以具有从 约0. 2到约0. 5的比率。用于湿壁直接急冷流体引进的预期的优选操作范围可以具有在从 约0. 5到约4. 0的范围内的质量比率(主要取决于所需要的热负荷)。很清楚，本发明的喷 射器的不同的操作、结构以及几何图形特征在湿壁式急冷系统性能方面产生明显的改进， 甚至对于低液态急冷流体与炉子进料比率操作。对于一些一般的应用，可以希望利用本发 明的方法和设备，以在从约0. 1到约2. 0范围内的液态急冷流体对炉子进料的重量比率将 液态急冷流体引进到内壁上。在另一些应用中可以希望，以在从约0. 2到约1. 5范围内的 液态急冷流体对炉子进料的重量比将液态急冷流体引进到内壁上。本发明例如通过提供一 设备可以调整到适合于任何许多急冷用途，因而将通道和/或口构造成通过改变设备的设 计参数和/或运行条件以在从约0. 1上至4. 0并且甚至超过4. 0的比率下传输流量，以供 给所希望的急冷流体流量或比率。虽然已经结合一些优选实施例描述了本发明，使得本发明的各方面被更充分地了 解和理解，但是上述描述不是想要将本发明限制在具体的实施例。相反，公开的内容是说明 性的，并且旨在覆盖可以包含在如下面的权利要求一般地或具体地描述、示出的以及限定 的本发明范围内的所有的可选方案、变型以及等同物。
权利要求
一种用于在冷却管道中形成润湿壁的方法，所述冷却管道用于急冷来自碳氢化合物热解炉的气态排放物，该方法包括(a)将所述气态排放物引进冷却管道中，所述冷却管道包括(i)用于接触所述排放物的内壁，所述内壁限定延伸所述冷却管道的长度的孔，所述内壁包括沿着所述孔的周边开口；(ii)在所述内壁外部并且与所述内壁基本上同轴的外壁；(iii)在所述内壁外部并且包括所述外壁的至少一部分的大体环形腔，所述环形腔与所述周边开口流体地并远隔地连接，所述环形腔在外部围绕所述内壁的周边，所述环形腔包括所述外壁的至少一部分；以及(iv)围绕所述内壁的周边延伸的外周通道，所述外周通道沿着所述内壁的周边流体地连接所述环形腔和所述周边开口；(b)基本上沿着所述外壁的所述第一部分，通过液态急冷流体引进口将液态急冷流体切向地引进到所述环形腔中，从而引进的所述液态急冷流体填充所述环形腔；(c)使引进的所述液态急冷流体从所述环形腔沿着通道流动路径经过所述通道通到所述周边开口；以及(d)使所述液态急冷流体从所述周边开口通到所述内壁上，用于沿着所述内壁的所述长度的至少一部分分配所述急冷流体作为急冷流体薄膜，同时沿着所述冷却管道的所述孔使所述气态排放物并流地通过，以产生被急冷的气态排放物流。
2.根据权利要求1的方法，其中所述引进液态急冷流体的步骤包括引进所述液态急冷 流体作为直接急冷流体，以通过直接急冷冷却所述气态排放物。
3.根据权利要求1的方法，还包括如下步骤通过与所述液态急冷流体引进口分开的 直接急冷装置引进直接急冷流体，以直接急冷所述排放物流。
4.根据权利要求2的方法，还包括如下步骤以从约0.5到约4. 0的直接急冷流体相 对于炉子进料的重量比率将所述直接急冷流体引进到所述气态排放物流中。
5.根据权利要求1的方法，还包括如下步骤以从约0.1到约1. 0的液态急冷流体相 对于炉子进料的重量比率使所述液态急冷流体通到所述内壁上。
6.根据权利要求1的方法，其中所述通道流动路径的至少一部分相对于所述液态急冷 流体引进口的孔轴线偏移。
7.根据权利要求1的方法，还包括如下步骤在所述环形腔和所述周边开口之间形成 液力阻碍。
8.根据权利要求7的方法，其中步骤(c)的所述通道流动路径包括在所述环形腔和所 述周边开口之间的所述液力阻碍。
9.根据权利要求1的方法，还包括如下步骤利用换热流体环形空间中的间接换热流 体急冷所述气态排放物流，所述换热流体环形空间在所述内壁外部以及所述周边开口的下游。
10.根据权利要求1的方法，还包括如下步骤沿着相对于地面基本竖直的流动方向定 向所述冷却管道孔；并且所述气态排放物相对于所述地面沿着所述孔竖直地流动。
11.根据权利要求1的方法，还包括如下步骤根据将碳氢化合物进料供给所述炉的流 量和来自所述冷却管道的被冷却过的所述气态排放物的温度中的至少一种控制所述液态急冷流体流率。
12.根据权利要求1的方法，其中所述液态急冷流体包括具有至少约400°C的终沸点的芳香油。
13.根据前述权利要求中任何一项的方法由用于冷却来自碳氢化合物热解炉的气态排 放物的冷却管道设备实施，该冷却管道设备包括(i)用于接触所述排放物的内壁，所述内壁限定延伸所述冷却管道的长度的孔，所述内 壁包括沿着所述孔的周边开口；( )在所述内壁外部并且与所述内壁基本上同轴的外壁；(iii)在所述内壁外部并且包括所述外壁的至少一部分的大体环形腔，所述环形腔远 隔地并流体地连接于所述周边开口，所述环形腔在外部围绕所述内壁的周边，所述环形腔 包括所述外壁的至少一部分；以及(iv)围绕所述内壁的周边延伸的外周通道，所述外周通道提供一流动路径，该流动路 径沿着所述内壁的所述周边流体地连接所述环形腔与被远隔地连接的所述周边开口；(ν)用于将液态急冷流体引进到所述环形腔的液态急冷流体引进口。
14.根据权利要求13的冷却管道设备，还包括切向定向的液态急冷流体引进口，用于 将液态急冷流体于切向地引进到所述环形腔中。
15.根据权利要求13的冷却管道设备，还包括换热流体套管，用于维持间接换热流体与所述内壁的外侧接触，所述套管包括换热流 体进口和换热流体出口。
16.根据权利要求13的冷却管道设备，其中所述冷却管道设备包括双管型换热器、输 送管线换热器以及管壳式换热器中的至少一种。
17.根据权利要求13的冷却管道设备，还包括直接急冷流体引进口，用于将直接急冷流体引进到气态排放物流中，以急冷所述气态 排放物。
18.根据权利要求14的冷却管道设备，其中所述直接急冷流体引进口包括所述液态急 冷流体引进口，并且所述直接急冷流体包括所述液态急冷流体。
19.根据权利要求13的冷却管道设备，其中所述通道在所述环形腔的一部分与所述环 形腔连接，所述环形腔的所述部分相对于沿着所述孔的中心的中心线轴线具有最大直径， 使得所述通道的至少一部分包括与所述环形腔的外径基本相同的外径。
20.根据权利要求13的冷却管道设备，还包括至少两个液态急冷流体引进口，每个相 对于所述至少两个液态急冷流体引进口中的另外的引进口的位置围绕所述急冷换热器孔 的圆周基本均勻地间隔。
21.根据权利要求13的冷却管道设备，其中从所述环形腔到所述周边开口的所述通道 的液力传导性的大小这样确定，以便根据所希望的运行条件、急冷流体流动性质以及气态 排放物性质提供在从约0. 1到约4. 0的范围内的液态急冷流体相对于炉子进料重量比率。
22.根据权利要求14的冷却管道设备，其中所述通道流动路径的至少一部分与包括所 述液态急冷流体引进口的孔轴线的平面相比是偏移的。
23.根据权利要求13的冷却管道设备，其中所述通道流动路径还包括至少大约45度的 流动方向的角度变化。
24.根据权利要求13的冷却管道设备，其中所述通道包括在所述环形腔和所述周边开 口之间液力阻碍。
25.根据权利要求13的冷却管道设备，其中所述通道以从约0.5到约4. 0的直接急冷 流体相对于炉子进料的重量比率将直接急冷流体提供到所述气态排放物流中。
全文摘要
提供一种用于冷却来自碳氢化合物热解炉的气态排放物的方法和设备，该冷却管道设备包括(i)用于接触排放物的内壁，该内壁限定延伸冷却管道长度的孔，内壁包括沿着该孔的周边开口；(ii)在内壁外面并且与内壁基本上同轴的外壁；(iii)在内壁的外面并且包括外壁的至少一部分的基本上环形的腔，该环形腔流体地并远隔地连接于周边开口，该环形腔外部地围绕内壁的周边，该环形腔包括外壁的至少一部分；以及(iv)围绕该内壁的外周延伸的外周通道，该外周通道提供通道流动路径，该流动路径沿着内壁的外周流体地连接环形腔与被远隔程地连接的周边开口。
文档编号C10G9/00GK101802137SQ200880107238
公开日2010年8月11日 申请日期2008年8月7日 优先权日2007年10月2日
发明者D·B·斯派塞, G·斯蒂芬斯, J·M·弗莱伊, R·D·斯特拉克 申请人:埃克森美孚化学专利公司