热管技术在石油化工中的应用

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1、热管技术在石油化工中的应用热管及热管换热器近年来在石油化工中的应用已愈来愈受到人们的重视。它具有体积紧凑、压力降小、可以控制露点腐蚀、一端破坏不会引起两种换热流体互混等优点，不仅提高了设备的热效率而且可靠性也大为增加，减少了停车次数。这些特点使热管换热器在余热回收利用方面具有广阔的前景，然而作为热管本身的其他方面的特点如均温性、热流密度可变性、可变导性、可异形化等特性更加引人注意。热管乙苯脱氢反应器烃类脱氢反应是吸热反应，其平衡常数随温度升高而加大，脱氢反应的速度也随温度升高而加快，因此脱氢反应应选择在最佳反应温度内进行，工业上的脱氢反应器一般有管式等温反应器及绝热反应器两种。热管

2、乙炔脱氢反应器示意图。他是在绝热反应器的催化剂床层内插入若干热管，乙炔脱氢的反应热由热管供给，热管的热源可可仪是烟道气、蒸汽或电加热。由于热管具有良好的等温性，因此可以为脱氢反应提供良好的温度条件和足够的热量。热管氧化反应器气固相非均匀氧化反应在石化工业中占有很重要的地位。氧化反应是一强放热反应，同时涉及的影响因素很多，但对反应器本身来讲温度条件是最关键的因素，因之氧化反应设计首先应考虑如何能保证在最佳的反应温度条件下进行。一般氧化反应有固定床和流化床两种型式。这两种反应器各有优缺点，也都可以应用热管来达到移走热量的目的。固定床一般采用管式反应器，优点是管细长，反应物流速高，有利于

3、传热，径向温差小；缺点是温度不易控制，热稳定性差，易产生热点，催化剂装填要求高。流化床的优点是气固相接触面积大，传热速率快，床层温度分布均匀，热稳定性好，反应温度易控制，但催化剂易磨损，有气体反混现象，影响转化率和收率。近年来提出的热管氧化反应器力求保证以上两种反应器的优点，克服其缺点。该反应器的催化剂喷涂在反应器的内壁上形成一层薄的催化层。反应器的管壁外侧是径向热管的空间，空间内有“幅条”状的热管吸液芯，反应管内催化剂所放出的热量直接通过管壁传导到热管，使吸液芯中的液体汽化，汽化了的蒸汽在径向热管的环行空间内沿半径方向流向外层管壁，并在那儿冷凝，放出热量，传给热管外部的冷却介质（

4、水或空气），冷凝后的液体再通过“幅条”状吸液芯回流到热管的内环壁沙锅内再次吸收催化反应热。其特点是：⑴催化剂直接喷吐在反应器内壁上，化学反应热直接由管壁导出，消除了反应气体与内壁的对流传热阻力；⑵径向热管的外管比反应管直径大，增大了散热面积，因而可以不用熔盐或联苯等高温载热体而直接用水或空气冷却；⑶可以在较高的温度下进行反映以获得最大的反应速度及最高的产率；⑷可以得到最小的尺寸重量和压力降。催化裂化再生取热器在石油化工生产中往往需要从高温设备中取出热量，这样一可满足生产工艺需要，二可综合使用能源。如炼油厂催化裂化装置的再生取热器，它须从700℃左右的催化剂床层中取出热量，产生蒸汽并

5、入0.8MPa的蒸汽网。传统的取热方式分为内、外取热两种。外取热器存在着设备复杂、催化剂输送易磨损、循环设备要求高等缺点；内取热器虽然其结构简单，传热效率高，但取热难以调节，一旦取热管破裂，只能停车检修，并同时造成大量催化剂泡损，既影响系统生产，有同时造成严重的经济损失。如采用热管技术，选择分离式热管，既可避免外取热新增设备的麻烦，又安全可靠。再生器内热管取热器的流程如图所示，分离式热管的蒸发段置于再生器内需取热的部位，冷凝段置于再生器外。此冷凝段为一蒸汽发生器，用蒸发段从窗层中取出热量，加热蒸发从汽包来的给水，所产生的蒸汽由上升管送至汽包并入蒸汽管网。此结构不仅操作简单，无需循环

6、泵，而且即使一组热管失效，极易与系统切断，不会造成汽包水泄漏而引起的催化剂损失和停车。本设备已在某炼油厂进行了工业化实验研究。催化床层温度为670～710℃，蒸发段内表面积热流密度为330KW/m2。结果表明，热管技术用于此类设备是可行的、正确的，并具有很好的应用前景。热管化学反应釜带搅拌的化学反应釜是石油化工的常用设备，在釜内反应过程中总是要有化学反应热的移出或输入，常规反应釜热量的传递是靠外夹套的传热或伴管来完成的，在强放热或吸热的反应中，仅靠反应釜外夹套的传热面积往往不能满足传热的要求。在这种情况下热管的应用具有很多的优点，首先热管可以做成各种形状插入釜内，既可增加釜内换热面

7、积，也可起到挡板的作用。此外热管可以从反应釜内导出热量，也可以从反应釜外向釜内供给热量。作者们所开发的三种热管搅拌反应釜如图22所示图22中这些反应釜除外壳如一般反应釜加有伴管或夹套外，都再附加了热管以扩大传热面积。图22（a）为放热式，热管与反应釜壁成一定角度插入，热管的蒸发段处于反应釜内，吸收热量后通过在釜外的冷凝段放出热量，在冷凝段的冷源可以是空气也可以是水，视工艺需要而定。图22（b）为加热式，如釜内是吸热反应则热管插入釜内的是冷凝段，釜外是热管的蒸发段，蒸发