氣相加熱爐及其在化工領(lǐng)域的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氣相加熱爐，該氣相加熱爐包括包括輻射段，該輻射段具有換熱管（10），其中，該換熱管（10）中設(shè)置有強(qiáng)化傳熱元件，該強(qiáng)化傳熱元件包括扭曲片，該扭曲片上具有孔。本發(fā)明還提供了該氣相加熱爐在化工領(lǐng)域的應(yīng)用。通過上述技術(shù)方案，在氣相加熱爐的輻射段的換熱管中設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的強(qiáng)化傳熱元件，其阻力較低，傳熱系數(shù)相對較高，因此不但達(dá)到了強(qiáng)化傳熱，減少燃料用量，更多回收高品位能量，保證催化重整收率等目的，增加了工業(yè)過程中的可實施性。
【專利說明】氣相加熱爐及其在化工領(lǐng)域的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化工領(lǐng)域，具體地，涉及一種氣相加熱爐，以及該氣相加熱爐在化工領(lǐng)域的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在化工領(lǐng)域，通常涉及到反應(yīng)物質(zhì)為氣相的情況。
[0003]例如催化重整技術(shù)就涉及到氣相物質(zhì)的加熱。催化重整是以石腦油為原料生產(chǎn)高辛烷值汽油及芳烴的重要煉油過程?！爸卣笔鞘篃N類分子重新排列成新分子結(jié)構(gòu)的工藝過程，在催化劑的作用下，環(huán)烷烴和烷烴轉(zhuǎn)化成芳烴和異構(gòu)烷烴，同時產(chǎn)生蒸汽。由于重整反應(yīng)是一個吸熱反應(yīng)，在絕熱反應(yīng)器中進(jìn)行，所需熱量一般由加熱爐來提供。
[0004]另外，制氫技術(shù)也涉及到氣相物質(zhì)的加熱，氫作為高效清潔能源及清潔油品生產(chǎn)的原料，需求量也不斷增長，氫生產(chǎn)成本較高的問題顯得更加突出。為了降低制氫成本，國內(nèi)外的研究人員針對制氫催化劑以及工藝兩個方面開展了大量研究工作。烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化執(zhí)法是目前工業(yè)應(yīng)用最普遍的制氫方法，該方法是一個強(qiáng)吸熱過程，通常在加熱爐里進(jìn)行，反應(yīng)過程需要吸收大量的熱量。
[0005]通常，制氫加熱爐爐管的原料入口溫度為350-45-，出口溫度為750-800，爐管管壁最高溫度為950，而且制氫加熱爐爐管內(nèi)裝填了催化劑，管內(nèi)催化劑堆積密度及其易碎性都直接影響著傳熱量的大小。一臺制氫加熱爐處理量、熱負(fù)荷和熱強(qiáng)度等參數(shù)首先取決于催化劑的性能。制氫加熱爐爐管內(nèi)進(jìn)行的轉(zhuǎn)化反應(yīng)要求把管內(nèi)的原料氣盡快加熱到高溫。
[0006]此外，氯乙烯的生產(chǎn)也涉及到氣相物質(zhì)的加熱。二氯乙烷裂解爐是將二氯乙烷裂解轉(zhuǎn)化為氯乙烯單體 和氯化氫，采用氣相法進(jìn)行，由于二氯乙烷裂解爐的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，不需要使用催化劑，但與催化裂解反應(yīng)工藝類似。在二氯乙烷裂解爐中，裂解反應(yīng)在裂解爐的反應(yīng)管中進(jìn)行，爐體由對流段和輻射段組成，原料在對流段預(yù)熱，在輻射段爐管進(jìn)行反應(yīng)，二氯乙烷裂解反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，熱量由輻射段側(cè)壁燃燒器的燃料燃燒來提供。
[0007]由上文可知，二氯乙烷裂解爐是氯乙烯生產(chǎn)裝置的重要設(shè)備，其運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系著生產(chǎn)原料的消耗和裝置的能耗等。通過對流段爐管的換熱來預(yù)熱原料，輻射段爐管的換熱來提供二氯乙烷裂解反應(yīng)需要的熱量，裂解爐中熱源向爐管壁的傳熱是由輻射和對流兩種傳熱方式組成。
[0008]以上所介紹的催化重整加熱爐、制氫加熱爐和二氯乙烷裂解爐都屬于氣相加熱爐，在爐管內(nèi)均為對流換熱，現(xiàn)在應(yīng)用的很多強(qiáng)化傳熱技術(shù)都是對于強(qiáng)化對流傳熱進(jìn)行研究，以提高爐管管壁到爐管內(nèi)物料的總傳熱系數(shù)K和對流傳熱熱強(qiáng)度q，公式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種氣相加熱爐，該氣相加熱爐包括包括輻射段，該輻射段具有換熱管(10)，其特征在于，該換熱管(10)中設(shè)置有強(qiáng)化傳熱元件，該強(qiáng)化傳熱元件包括扭曲片，該扭曲片上具有孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述換熱管(10)中設(shè)置有第一強(qiáng)化傳熱元件、第二強(qiáng)化傳熱元件、第三強(qiáng)化傳熱元件、第四強(qiáng)化傳熱元件和第五強(qiáng)化傳熱元件中的至少一種，其中， 該第一強(qiáng)化傳熱元件包括第一扭曲片(1)，所述第一扭曲片(I)具有沿所述換熱管(10)的軸向方向從所述第一扭曲片(I)的上側(cè)邊至下側(cè)邊貫穿形成的豎孔； 該第二強(qiáng)化傳熱元件包括所述第一扭曲片(I)和設(shè)置在所述第一扭曲片(I)之中的第一套管(3)，該第一扭曲片(I)的內(nèi)邊緣與所述第一套管(3)的外表面相連； 該第三強(qiáng)化傳熱元件包括第二扭曲片(2)，所述第二扭曲片(2)具有貫穿所述第二扭曲片(2)的表面而形成的邊緣閉合的橫孔； 該第四強(qiáng)化傳熱元件包括在橫截面上相互垂直設(shè)置的所述第一扭曲片(I)和/或第二扭曲片(2)； 該第五強(qiáng)化傳熱元件包括在橫截面上相互垂直設(shè)置的兩個所述第一扭曲片(I)和設(shè)置在該兩個第一扭曲片(I)之中的第二套管，該兩個第一扭曲片(I)中至少一個的內(nèi)邊緣與所述第二套管的外表面相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所 述的氣相加熱爐，其特征在于，所述第一強(qiáng)化傳熱元件和/或第二強(qiáng)化傳熱元件和/或第三強(qiáng)化傳熱元件和/或第四強(qiáng)化傳熱元件和/或第五強(qiáng)化傳熱元件關(guān)于所述換熱管(10)的中心線對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述第一套管(3)和/或第二套管為圓柱形管，并且該圓柱形管的中心線與所述換熱管(10)的中心線重合。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的氣相加熱爐，其特征在于，在所述橫孔中心處做所述第二扭曲片(2)的切面，所述橫孔在該切面上的投影為圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述換熱管(10)中設(shè)置的所述強(qiáng)化傳熱元件的個數(shù)為1-24個，優(yōu)選為2-10個。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述換熱管(10)中設(shè)置多個所述強(qiáng)化傳熱元件，相鄰所述強(qiáng)化傳熱元件之間的軸向距離為大于等于MD且小于等于75D，優(yōu)選為大于等于2?且小于等于50D。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述第一強(qiáng)化傳熱元件的豎孔的直徑為大于等于0.05D且小于等于0.95D，優(yōu)選為大于等于0.05D且小于等于0.8D。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述第二強(qiáng)化傳熱元件豎孔的直徑和/或所述第一套管(3)和/或所述第二套管的直徑為大于等于0.05D且小于等于0.95D，優(yōu)選為大于等于0.05D且小于等于0.8D。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述橫孔的面積與整個所述第二扭曲片的面積的比值為大于等于0.05且小于等于0.95，優(yōu)選為大于等于0.05且小于等于0.8。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述強(qiáng)化傳熱元件的沿所述換熱管(10)的軸向長度和所述換熱管(10)的直徑之間的比例為1-10，優(yōu)選為1-6。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述強(qiáng)化傳熱元件的旋轉(zhuǎn)角度為90-1080°，優(yōu)選為 120-360°。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述強(qiáng)化傳熱元件與所述換熱管(10)為鑄造或焊接或鍛造而成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述強(qiáng)化傳熱元件與換熱管(10)的管體的材料相同，或者所述強(qiáng)化傳熱元件的材料比所述換熱管(10)的管體的材料導(dǎo)熱性更好。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相加熱爐，其特征在于，所述氣相加熱爐包括催化重整加熱爐、制氫加熱爐和二氯乙烷裂解爐。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15所述的氣相加熱爐在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【文檔編號】F28F1/40GK103789002SQ201210424739
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月30日
【發(fā)明者】劉俊杰, 王國清, 張永剛, 周先鋒, 張利軍, 杜志國, 張兆斌, 周叢 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院