用于过程流体的传热单元的制作方法
【专利说明】用于过程流体的传热单元
[0001]相关申请的交叉援引
[0002]本申请要求2013年8月30日提交的美国申请N0.14/014,475的优先权，其内容在此通过引用整体并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及一种用于过程流体的低压降传热单元。
【背景技术】
[0004]已知石化行业中的各种催化转换过程。例如，催化重整烃进料流(例如，石脑油进料流)以产生芳族化合物(例如苯、甲苯和二甲苯)在美国专利申请公开号2012/0277501、2012/0277502、2012/0277503、2012/0277504和 2012/0277505 中有所描述。对石蜡流进行催化脱氢以产生烯烃在美国专利N0.8282887中有所描述。
[0005]催化重整和催化脱氢过程是吸热的，因此必须加入热量以维持反应温度。美国专利申请公开号2012/0275974描述了使用夹层加热器以维持重整过程的催化反应器中的反应温度。用于加工流体的示例加热器也可以在美国专利号8，176,974和7，954，544中找到。
[0006]来自催化重整单元的芳烃产量和来自催化脱氢单元产生的烯烃产量增加，而来自竞争裂化反应的不期望的产物的产量下降，同时降低了工作压力。因此，使反应区工作压力最小化是有利的。
[0007]对于热敏感过程例如催化重整和催化脱氢来说，在产物流离开反应器之前过程流的热停留时间(也称为热容量)对所需产物的催化选择性也很关键。为了防止来自竞争热裂化反应(芳烃或烯烃)的产量损失，热停留时间的减少对反应器回路非催化剂容量是关键的。
[0008]因此，在催化重整和催化脱氢过程中使用的用来加热各反应器的上游进料的加热器的设计可由两个标准来指导:压降和热停留时间。虽然总的低操作压力对所述过程的产率有益，但在反应器回路中充分利用现有的压降是更有益的。使用反应器回路更上游的现有压降的损害最小。使用反应器回路更上游的更高的压降以更小的程度降低产率。然而，这减少了上游加热器中的热停留时间(因此热裂化)，而过程流通常在上游加热器中比下游加热器中更容易热裂化。
[0009]加热弯管的热膨胀和收缩是另一个设计考虑。具体地，加热弯管必须能够承受高的过程温度和冶金变化以及机械应力。
[0010]因此，所需要的是用于过程流体的改进的传热单元，其中，所述传热单元提供低的压降而且还提供承受加热弯管中的热膨胀/收缩的灵活性。
【发明内容】
[0011]前述的需求通过用于过程流体的传热单元来满足。所述传热单元包括:入口歧管；与入口歧管间隔开的出口歧管；以及使入口歧管联接到出口歧管的多个导管，其中，所述导管中的至少一个以斜角联接到出口歧管。
[0012]在传热单元的一个示例中，导管中的至少一个包括L型弯管。
[0013]在传热单元的另一示例中，导管中的至少一个包括D型弯管。
[0014]在传热单元的另一示例中，导管中的至少一个包括具有多个大致C形部段的弯管。
[0015]在传热单元的另一示例中，导管中的至少一个以五度和八十五度之间的角度联接到出口歧管。
[0016]在传热单元的另一示例中，导管中的至少一个以三十度和六十度之间的角度联接到出口歧管。
[0017]在传热单元的另一示例中，每一个导管都以斜角联接到出口歧管。
[0018]在传热单元的另一示例中，每一个导管都包括布置在加热器箱的内部空间中的部段，并且其中，至少一个加热器布置在加热器箱的内部空间中。
[0019]另一方面，本发明提供用于过程流体的L型弯管传热单元。该L型弯管传热单元包括:入口歧管；与入口歧管间隔开的出口歧管；以及联接在入口歧管与出口歧管之间的L型弯管。所述L型弯管包括一水平支腿和一竖直支腿，其中水平支腿以斜角联接至出口歧管，使其两者之间形成的流动孔限定了长圆形轮廓。
[0020]在L型弯管传热单元的一个示例中，多个L型弯管以斜角联接到出口歧管。
[0021]在L型弯管传热单元的另一示例中，L型弯管布置成相对于出口歧管成三十度和六十度之间的角度。
[0022]在L型弯管传热单元的另一示例中，L型弯管布置成相对于出口歧管成五度和八十五度之间的角度。
[0023]L型弯管传热单元还可以包括布置成大致邻近L型弯管传热单元的底部的加热器。
[0024]L型弯管传热单元可包括布置在加热器箱的内部空间中的部段。
[0025]另一方面，本发明提供了用于处理流体的D型弯管传热单元。所述D型弯管传热单兀包括:入口歧管;与入口歧管间隔开的出口歧管；以及联接在入口歧管与出口歧管之间的D型弯管。该D型弯管包括入口部段和出口部段，并且所述入口部段以斜角联接到入口歧管，出口部段以斜角联接到出口歧管。
[0026]在D型弯管传热单元的一个示例中，在出口部段与出口歧管之间形成的流动孔限定了长圆形轮廓。
[0027]在D型弯管传热单元的一个示例中，多个D型弯管以斜角联接到入口歧管并且以斜角联接到出口歧管。
[0028]在D型弯管传热单元的另一示例中，入口部段布置成相对于入口歧管成三十度和六十度之间的角度，以及出口部段布置成相对于出口歧管成三十度和六十度之间的角度。
[0029]在D型弯管传热单元的另一示例中，D型弯管包括布置在加热器箱的内部空间中的部段。至少一个加热器可布置在加热器箱的内部空间中。
[0030]在低压降加热器设计中，加热器歧管可占据总的压力加热器的压降的接近50%。歧管压降的主要原因是从加热器管道到加热器出口和入口的进入和离开的摩擦损失。
[0031]本发明提供一种具有降低压降的L型弯管设计的传热单元。在传热单元的一个非限制性示例中，通过L型弯管设计使用到加热器出口歧管的倾斜的进口。倾斜的进口导致一椭圆形的开口通向歧管。这降低了入口速度并且该速度与过程流体流处于相同方向，导致压降进一步降低。进入加热器出口歧管的倾斜的入口还在L型加热弯管中提供了更长的水平臂。这进而为加热弯管提供垂直压缩和拉伸的更多灵活性。L型弯管的更长的水平臂可以在垂直运动中提供更好的灵活性。
[0032]本发明还提供了一种具有D型弯管的传热单元以集成低压降设计的益处和改进灵活性。D型弯管通过具有分别进入和离开入口及出口歧管的倾斜进口 /出口来实现压降的进一步降低。此外，D型弯管提供了加热弯管中的垂直运动的更好的灵活性。
[0033]本发明证明了优选地使用从加热器导管到歧管的倾斜连接，以及更优选地在出口歧管连结处使用倾斜连接。这由于连结处更大的开口(因此更低的摩擦损失)和更少的湍流(通过相同的流动方向)以及对垂直运动的更多灵活性而提供了压降的降低。通过倾斜(成角)的连接降低的压降在出口歧管连结处可能比入口连接处更多，因为在出口处具有更高的设计速度。压力降低的益处在低压降加热器设计中更为突出。该设计也可用于较高压降的加热器设计。然而，降低加热器压降带来的产率益处可能较小。
[0034]因此，本发明的优点是为过程流体提供低压降的传热单元。
[0035]本发明的另一优点是在压降影响产物产率的工艺中为过程流体提供传热单元。
[0036]本发明的这些和其它特征、方面和优点将在考虑了下面的详细说明、附图和所附的权利要求后更好地理解。
【附图说明】
[0037]图1是现有技术的U型弯管传热单元的端视图。
[0038]图2是图1的U型弯管传热单元的透视图。
[0039]图3是现有技术的L型弯管的传热单元的透视图。
[0040]图4是图3的L型弯管传热单元的侧视图。
[0041]图5是图3的L型弯管传热单元的端视图。
[0042]图6是图3的L型弯管传热单元的俯视图。
[0043]图7是图3的L型弯管传热单元的出口歧管的侧视图。
[0044]图8是根据本发明的一个实施例的L型弯管传热单元的透视图。
[0045]图9是图8的L型弯管传热单元的侧视图。
[0046]图10是图8的L型弯管传热单元的端视图。
[0047]图11是图8的L型弯管传热单元的俯视图。
[0048]图12是图8L型弯管传热单元的出口歧管的侧视图。
[0049]图13是根据本发明的一个实施例的L型弯管传热单元的透视图。
[0050]图14是图13的L型弯管传热单元的侧视图。
[0051]图15是图13的L型弯管传热单元的端视图。
[0052]图16是图13的L型弯管传热单元的俯视图。
[0053]图17是根据本发明的一个实施例的L型弯管传热单元的透视图。
[0054]图18是图17的L型弯管传热单元的侧视图。
[0055]图19是图17的L型弯管传热单元的端视图。
[0056]图20是图17的L型弯管传热单元的俯视图。
[0057]图21是根据本发明的一个实施例的D型弯管传热单元的透视图。
[0058]图22是图21的D型弯管传热单元的侧视图。
[0059]图23是图21的D型弯管传热单元的端视图。
[0060]图24是图21的L型弯管传热单元的俯视图。
[0061]图25是