[发明专利]用于冷却热气体的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于冷却热气体的装置和方法，所述装置包括设有一个或多个换热管的容器，热气体流过所述管，冷却介质(例如水)围绕所述管流动，并且所述管至少有一端安装在管板中。

背景技术

这种换热装置大规模地用于许多工业领域，例如在石油工业中用于冷却从氢化裂解器和用于含碳(烃)燃料例如石油和煤等的部分氧化的反应器得到的产物。

在用于冷却目的时，使热气体通过在外面用冷却介质冷却的管，由于从热气体到管金属的传热，管壁达到高温，所述热进一步被传递给冷却介质。有利地，为了节约空间，采用螺旋形的盘管。

取决于应用领域，遇到了不同性质的技术问题。

例如，可从含碳(烃)燃料气化得到的其中不可避免地存在有小固体颗粒的热气体冷却涉及严重的传热问题和侵蚀/腐蚀问题。

例如，由含碳(烃)燃料的部分氧化产生的热的合成气通常在临近气化器的换热器中冷却，由此产生高压蒸汽。临界区域是热的合成气进入换热区域的换热器气体入口。入口区域的壁厚要尽可能最小化，但是应该足够厚以便确保基于压力和热负荷的机械完整性。入口区域的气体速度应该充分高，以防止结垢，但是另一方面，应该足够低以保证充分低的气体侧传热系数。特别地，希望获得结垢和速度之间的最佳状态。

US-A-4029054和US-A-3610329公开了用于冷却热气体的装置，其中气体管的上游部分被设置在耐火材料中。每个气体管的所述上游部分被单独地冷却，其中水由专用供给管道提供。用过的冷却水通过耐火材料和气体管之间的环状结构排出到主冷却室中。

FR-A-2284851描述了用于冷却热气体的装置，其中气体管的上游部分被设置在主冷却室中。所述气体管没有被环状空间围绕。气体入口板与壁分隔开，所述壁具有相同的凸起形状，从而限定冷却室，用过的冷却介质通过单独的管道从所述冷却室排出。

所引用的现有技术的缺点在于由于多个单独的供应管道或排出管道的存在而使得装置复杂。

EP-A-774103描述了用于冷却热气体的装置，其中入口区段通过使新鲜的冷却介质(即水)沿着换热管上游端外部流过而进行冷却。水的流动与管内的热气体的流动是逆流的。

WO-A-2005116560描述了用于冷却热气体的装置，其中入口区段通过使新鲜的冷却介质(即水)沿着换热管上游端外部流过而进行冷却。水的流动与管内的热气体的流动是并流的。

US-A-5671807公开了用于冷却热气体的装置，其中入口区段通过使新鲜的冷却介质(即水)沿着换热管上游端外部流过而进行冷却。水的流动与管内的热气体的流动是并流的。

WO-A-2005015105描述了其中通过使用新鲜的液体冷却介质和存在于主冷却室中的液体冷却介质的限定部分冷却入口区段的装置。现有技术装置的特征在于尽管蒸汽产量高，但是考虑到要被冷却的热气体的高热容量，其尚有改进的余地。此外，用于为每个气体管供应和/或排出冷却介质的单独的管道使得设计复杂，管的布置不便于在故障的情况下进行更换，并且，建议的设计不能保证在高压下操作，特别是超过9MPa的高压。

发明内容

以下的装置和方法为这个问题提供了解决方案。

本发明涉及以下装置。用于冷却热气体的装置，其包括：

(i)立式的细长容器(1)，其设有在使用时包含第一冷却介质的冷却介质室(2)、用于供应新鲜的第一冷却介质的入口(3)和用于排出用过的第一冷却介质的出口(4)，所述容器(1)另外设有热气体的入口(5)和已冷却气体的出口(6)、至少一个换热管(7)，所述换热管(7)被设置在冷却介质室(2)中并且与热气体入口(5)和已冷却气体的出口(6)流体连通，

(ii)所述冷却介质室(2)另外设有立式的并且在中心设置的末端开口的降液管(8)，其中所述换热管(7)被设置在降液管(8)和容器壁(10)之间的间隙(9)中，

(iii)换热管(7)在其上游端(11)安装在管板(12)中，并且其中管板(12)设有用于为换热管(7)的上游端(11)外部供应第二冷却介质的设备(13)、用于排出用过的第二冷却介质的设备(14)、用于降低用过的第二冷却介质的温度的设备(15)和用于使第二冷却介质通过设备(13)循环到换热管(7)的上游端(11)外部的设备。

发明还涉及以下方法。通过热气体和水之间的间接换热制备蒸汽的方法，其中进行以下步骤：

(i)通过与流过被置于水浴中的管道的热气体进行间接换热产生蒸汽，

(ii)将新鲜水供给到水浴中，和