專利名稱：乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器。
背景技術：
苯乙烯是最重要的基本有機化工原料之一，用于制造聚苯乙烯PS和EPS、ABS和SAN 等共聚物樹脂、苯乙烯/丁二烯共聚膠乳SB、 丁苯橡膠和膠乳SBR、不飽和聚酯以及其它 如苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯膠乳、甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯共聚物MBS、離子交換樹 脂和藥物等。
苯乙烯生產工藝中精餾部分的關鍵在于乙苯和苯乙烯的分離，由于乙苯和苯乙烯的沸 點差很小，常壓下相差僅9攝氏度，因此，為分離乙苯/苯乙烯(一般要求塔頂苯乙烯<2%， 塔釜乙苯〈500PPm)，工業上乙苯/苯乙烯分離塔常采用負壓操作，分離塔理論板數在80 塊以上，回流比>6.5
由于乙苯/苯乙烯分離塔在負壓條件下操作，塔頂溫度較低，通常乙苯/苯乙烯分離塔 塔頂操作壓力為6 40千帕(絕壓)，對應的操作溫度為60 103攝氏度。對于乙苯/苯乙烯 分離塔來說，塔壓的降低有利于降低回流比，減少蒸汽和冷卻水的消耗，但是由于塔頂溫 度低(<100攝氏度)，大量低溫熱難以采用發生蒸汽等常規方法加以回收利用。即使乙苯/ 苯乙烯分離塔采用高真空操作(塔頂壓力<10千帕(絕壓))，乙苯/苯乙烯分離塔系統的操作 能耗仍然很高，其低壓蒸汽用量占整個苯乙烯單元的30%以上，冷卻水用量也占整個苯乙 烯單元的近35%，綜合能耗占苯乙烯單元的30 40%。
為充分回收乙苯/苯乙烯分離塔塔頂大量的低溫熱，美國專利US.4628136公開了一種 乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱量的回收方法，該方法利用塔頂蒸汽來蒸發乙苯和水的共沸 混合物，乙苯和水的共沸混合物在蒸發后送至乙苯脫氫反應系統。該方法需要乙苯/苯乙烯 分離塔塔頂在足夠高的壓力下操作，才能保證有足夠的溫差來蒸發乙苯和水的混合物。
我們知道，乙苯和水的混合物能形成共沸物，據文獻報道，25%摩爾濃度的乙苯和75% 摩爾濃度的水形成的混合物在一定壓力下共沸溫度最低，而對乙苯脫氫制苯乙烯反應來 說，乙苯和水的共沸物必須具有一定壓力，用于克服反應系統及后續冷卻系統的壓降，工業裝置上乙苯和水的共沸混合物壓力一般在92千帕(絕壓)以上，對應的最低共沸溫度在90 攝氏度以上，因此采用這種方法回收乙苯/苯乙烯分離塔塔頂熱量，必需提高塔頂壓力，使 得塔頂熱回收換熱器獲得足夠的換熱溫差。
然而提高乙苯/苯乙烯塔塔頂操作壓力，意味著乙苯/苯乙烯塔塔釜溫度也相應提高， 溫度的上升導致苯乙烯的聚合速率增加，從而帶來直接的苯乙烯收率損失，對于苯乙烯單 體來說，根據實驗數據及文獻介紹，苯乙烯在100攝氏度以上時，溫度每上升6 7攝氏 度，苯乙烯聚合速率約增加1倍，因此，從經濟性考慮，為避免苯乙烯聚合損失和昂貴的 阻聚劑用量的大幅增加，乙苯/苯乙烯塔塔頂操作壓力不宜太高。
綜合考慮以上兩種因素，在回收塔頂大量低溫熱量的同時，塔釜苯乙烯聚合也不宜大 量增加，因此塔頂操作壓力必需在一個狹窄的范圍操作。事實上，采用該方法的工業裝置 塔頂操作壓力通常低于40千帕(絕壓)，塔頂溫度最高在103攝氏度左右，塔頂熱回收換熱 器的換熱溫差在2 10攝氏度之間，這對于乙苯/苯乙烯分離塔塔頂熱回收換熱器的操作提 出了較高要求， 一方面，塔頂氣體為真空操作，在換熱溫差小壓降低的前提下要使換熱管 受熱均勻；另一方面，乙苯和水必需混合均勻，否則無法形成低溫共沸物而蒸發，據文獻 報道，乙苯在90千帕(絕壓)壓力下沸點為132攝氏度，而水為97攝氏度，如果兩者混合 不均勻，在此壓力下乙苯根本無法氣化而回收塔頂熱量。
工業裝置上，該乙苯/苯乙烯分離塔塔頂熱回收換熱器由于乙苯和水混合效果不佳和換 熱管受熱不均等原因，換熱效果并不理想，無法達到充分回收塔頂大量低溫熱量的目的， 甚至影響了裝置的正常運行。解決這個問題的關鍵在于既要在低換熱溫差的條件下達到高 換熱效率(傳熱系數)，又要保證乙苯和水的快速充分混合。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是以往技術中存在的塔頂熱回收換熱器殼程壓降大， 乙苯和水混合不均，無法充分回收塔頂低溫熱的問題，提供一種新的乙苯/苯乙烯分離塔塔 頂低溫熱回收換熱器。該換熱器具有殼程壓降小，管程乙苯和水混合效果好，塔頂低溫熱 回收充分的特點。
為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案如下 一種用于乙苯/苯乙烯分離塔 塔頂低溫熱回收的換熱器，該換熱器包括立式管殼體和夾套，管殼體自上而下依次由上管
箱i、殼體n和下管箱m組成，上下管箱均為空心箱體，上管箱i分別設置有供排出液體和 氣體的出口，下管箱m內設置有噴口傾斜向下的分布器，分布器與需噴淋的第一種液體進 口相連通，另外在下管箱m內分布器下方還設置有供第二種液體進料的進口，殼體n內均勻地設置有換熱管，換熱管與上下管箱III相連通，殼體II四周外部設置有外部封閉的夾套， 夾套上開有供氣體進料的進口，被夾套包住的殼體II相應部分，四周均勻地開有分布槽， 使從夾套上進口中進料的氣體能夠均勻地進入殼體II內與換熱管內的物流進行換熱。
上述技術方案中，換熱器殼體n外設有夾套，夾套長度為換熱器殼體n長度的i/5 4/5，優選范圍為i/3 2/3，夾套至換熱器殼體n距離為塔頂氣體通過夾套與換熱器殼體n
之間流道流速2 30米/秒所需的距離，優選范圍為保持流速為5 20米/秒所需的距離；
被夾套包住的殼體n相應部分四周均勻地開有氣體分布槽，氣體分布槽總面積為塔頂氣體
通過流速為2 25米/秒所需的面積，優選范圍為保持流速為5 15米/秒所需的面積；換 熱器下管箱III內設有圓環形或樹枝排管型液體進口分布器，該分布器沿圓周或排管均布小 孔或噴頭，小孔或噴頭的開孔直徑和數量為第一種液體通過小孔保持流速1 10米/秒所需 的直徑和開孔數量，優選范圍為保持流速4 8米/秒所需的開孔直徑和數量；進口分布器 四周均布小孔或噴頭，小孔或噴頭的方向為面向第二種液體進口 80度 -80度之間，優選 范圍為60度 -60度之間；換熱器下管箱III內第二種液體進口前方設有單級擋板分布器， 擋板為平板或圓錐形單級擋板，圓錐形單級擋板的圓錐角為90 175度，優選范圍為120 150度，單級擋板的側向環隙面積為該液體通過分布器環隙時保持平均流速為0.1 2米/ 秒所需的面積，優選范圍為保持流速為0.2 1米/秒所需的面積；換熱器下管箱III內的第 二種液體進口方向與第一種液體的進口方向相對，優選為自下而上方向；管程兩種混合液 體經換熱后氣相和液相分別離開換熱器，其中液相出口位于氣相出口的下部，液相出口為 2 4個，氣相出口為1 2個，沿換熱器出口管箱均布；殼程未凝氣出口位于換熱器殼體 II上部，數量為2 4個，沿殼體II均布；夾套上部開有排氣口，下部開有放清口。
本實用新型通過采用圖1的換熱器技術方案，換熱器殼體II外設有夾套，塔頂氣體進
入夾套后，再通過夾套內殼體n四周開有的氣體均布槽進入殼體n，這樣保證塔頂氣體流 經夾套和氣體均布槽后能均勻進入換熱器主體和換熱管內的乙苯/水的混合物換熱，使得每 根換熱管在大部分長度上有相同的換熱溫差，從而提高換熱效率，同時氣體均布槽的存在 也能降低換熱器殼程的壓降。而一般換熱器通常只能在換熱管一端(靠塔頂氣進口處)能維 持一定溫差，在本身溫差較小的條件下，換熱管大部分長度溫差很小，造成整個換熱器換 熱效果不佳。同時，本實用新型還在換熱器下管箱m內設有單級擋板的水進口分布器和圓 環形乙苯進口分布器，水進口分布器和乙苯進口分布器的存在，能使乙苯和水快速均勻的 混合，進入每根換熱管的混合物都有相同比例的乙苯和水，在一定壓力下每根換熱管都有 相同的共沸溫度，保證乙苯和水的混合物能得到充分換熱蒸發而回收塔頂氣體熱量，使用本實用新型的換熱器技術方案，換熱器回收熱量最高達到了塔頂氣全部冷凝熱量的86%， 換熱器殼程壓降僅為2千帕，達到了較好的技術效果。
圖1為采用本實用新型技術方案的乙苯/苯乙烯分離塔塔頂熱量回收換熱器的示意圖。
圖i中，i為換熱器上管箱，n為換熱器殼體，in為換熱器下管箱，i為外部封閉的 換熱器殼體夾套，2為位于被夾套包住的殼體n相應部分四周上的氣體均布槽，3為具有
單級擋板的液體進口分布器，4為圓環形液體進口分布器，5為位于夾套上的氣體進口， 6 為第一種液體進口， 7為第二種液體進口， 8為殼程未凝氣出口， 9為殼程凝液出口， 10 為夾套放氣口， ll為夾套放清口， 12為管程液相出口， 13為管程氣相出口， 14為錐形分 布器圓錐角，15為換熱管下面通過實施例對本實用新型作進一步的闡述。
具體實施方式
實施例1
某10萬噸/年苯乙烯裝置(年操作時數8000小時)，其乙苯/苯乙烯分離塔塔頂熱回收換 熱器采用圖1的技術。進入塔頂熱回收換熱器的塔頂氣體流量為82850千克/小時，壓力為 38千帕(絕壓)，溫度102攝氏度，塔頂氣重量百分組成為苯0.8%，甲苯3.5%,乙苯93.9%， 苯乙烯1.5%，非芳0.5%，塔頂低溫熱回收換熱器乙苯進料量為75000千克/小時，水進 料量為38000千克/小時，乙苯和水共沸出口壓力為100千帕(絕壓)，共沸溫度92攝氏度， 換熱器平均換熱溫差為7攝氏度。塔頂熱回收換熱器結構為殼程直徑2400毫米，換熱 管長5000毫米，換熱管外直徑25毫米，換熱管數7200根，換熱器殼體夾套直徑3000毫 米，長3000毫米，氣體均布槽為長條形，長1700毫米，寬200毫米，共16個沿殼體I1 均布，氣體通過分布槽的流速為4米/秒，水進口分布器為圓錐形單級擋板，圓錐角為150 度，直徑600毫米，中心距離水進口 IOO毫米，水通過分布器環隙時流速為0.3米/秒，乙 苯進口分布器為圓環形，上面開直徑3毫米的小孔600個，2排對稱分布，與中心夾角30 度向下，水通過小孔的噴射速度為5米/秒。
該換熱器回收熱量為6000千瓦，達到塔頂氣全部冷凝熱量的85%，換熱器殼程壓降 為2千帕。
實施例2
某10萬噸/年苯乙烯裝置(年操作時數8000小時)，其乙苯/苯乙烯分離塔塔頂熱回收換熱器采用圖l的技術。進入塔頂熱回收換熱器的塔頂氣體、液相乙苯和水的各個條件與實 施例1相同，該換熱器結構同實施例l，不同的是換熱器殼體夾套長2000毫米，氣體均布 槽長1000毫米，氣體通過分布槽的流速為6.8米/秒。
該換熱器回收熱量5900千瓦，達到塔頂氣全部冷凝熱量的83.6%，換熱器殼程壓降 2.6千帕。
實施例3
某10萬噸/年苯乙烯裝置(年操作時數8000小時)，其乙苯/苯乙烯分離塔塔頂熱回收換 熱器采用圖l的技術。進入塔頂熱回收換熱器的塔頂氣體、液相乙苯和水的各個條件與實 施例1相同，該換熱器結構同實施例1，不同的是圓環形乙苯進口分布器，上面開直徑3 毫米的小孔500個，2排對稱分布，水通過小孔的噴射速度為6米/秒。
該換熱器回收熱量6040千瓦，達到塔頂氣全部冷凝熱量的85.6%,換熱器殼程壓降2 千帕。
實施例4
某10萬噸/年苯乙烯裝置(年操作時數8000小時)，其乙苯/苯乙烯分離塔塔頂熱回收換 熱器采用圖l的技術。進入塔頂熱回收換熱器的塔頂氣體、液相乙苯和水的各個條件與實 施例1相同，該換熱器結構同實施例1，不同的是水進口圓錐形單級擋板分布器圓錐角為 120度，直徑600毫米，中心距離水進口 200毫米，水通過分布器環隙時流速為0.2米/秒。
該換熱器回收熱量5960千瓦，達到塔頂氣全部冷凝熱量的84.4%，換熱器殼程壓降2 千帕。
實施例5
某10萬噸/年苯乙烯裝置(年操作時數8000小時)，其乙苯/苯乙烯分離塔塔頂熱回收換 熱器采用圖l的技術。進入塔頂熱回收換熱器的塔頂氣體壓力為40千帕(絕壓)，溫度103 攝氏度，換熱器平均換熱溫差為8攝氏度，其他條件及換熱器結構同實施例1。
該換熱器回收熱量6050千瓦，達到塔頂氣全部冷凝熱量的86%，換熱器殼程壓降1.9千帕。
比較例1
某10萬噸/年苯乙烯裝置(年操作時數8000小時)，乙苯/苯乙烯分離塔及塔頂熱回換熱器操作條件與實施例l相同，不同的是塔頂熱回收換熱器采用一般換熱器型式，換熱器結 構為殼程直徑3000毫米，換熱管長6000毫米，換熱管數9000根，立式管殼式結構。 該換熱器回收熱量5000千瓦，為塔頂氣全部冷凝熱量的70%，換熱器殼程壓降5千帕。
權利要求1、一種用于乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收的換熱器，該換熱器包括立式管殼體和夾套，管殼體自上而下依次由上管箱I、殼體II和下管箱III組成，上下管箱均為空心箱體，上管箱I分別設置有供排出液體和氣體的出口，下管箱III內設置有噴口傾斜向下的分布器，分布器與需噴淋的第一種液體進口相連通，另外在下管箱III內分布器下方還設置有供第二種液體進料的進口，殼體II內均勻地設置有換熱管，換熱管與上下管箱III相連通，殼體II四周外部設置有外部封閉的夾套，夾套上開有供氣體進料的進口，被夾套包住的殼體II相應部分，四周開有分布槽，使從夾套上進口中進料的氣體能夠進入殼體II內與換熱管內的物流進行換熱。
2、 根據權利要求i所述乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器，其特征在于換熱 器殼體n外設有夾套，夾套長度為換熱器殼體n長度的i/5 4/5;夾套至換熱器殼體n距離為塔頂氣體通過夾套與換熱器殼體II之間流道流速2 30米/秒所需的距離；被夾套包住的殼體n相應部分四周均勻地開有氣體分布槽，氣體分布槽總面積為塔頂氣體通過流速為 2 25米/秒所需的面積。
3、 根據權利要求2所述的乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器，其特征在于換熱器殼體n外設有夾套，夾套長度為換熱器殼體n長度的i/3 2/3;夾套至換熱器殼體n距離為塔頂氣體通過夾套與換熱器殼體II之間流道流速5 20米/秒所需的距離；被夾套包住的殼體n相應部分四周均勻地開有氣體分布槽，氣體分布槽總面積為塔頂氣體通過流速為5 15米/秒所需的面積。
4、 根據權利要求l所述的乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器，其特征在于換熱器下管箱m內設有圓環形或樹枝排管型液體進口分布器，該分布器沿圓周或排管均布小 孔或噴頭，小孔或噴頭開孔直徑和數量為第一種液體通過小孔保持流速i io米/秒所需的直徑和開孔數量；小孔或噴頭的方向為面向第二種液體進口 80度 -80度之間。
5、 根據權利要求4所述的乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器，其特征在于換熱器下管箱in內設有圓環形或樹枝排管型液體進口分布器，該分布器沿圓周或排管均布小孔或噴頭，小孔或噴頭的開孔直徑和數量為第一種液體通過小孔保持流速4 8米/秒所需 的直徑和開孔數量；小孔或噴頭的方向為面向第二種液體進口 60度 -60度之間。
6、 根據權利要求l所述的乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器，其特征在于換熱器下管箱ni內第二種液體進口前方設有單級擋板分布器，擋板為平板或圓錐形單級擋板，圓錐形單級擋板的圓錐角為90 175度，單級擋板的側向環隙面積為該液體通過分布器環隙時保持平均流速為o.i 2米/秒所需的面積；換熱器下管箱m內的第二種液體進口方向與第一種液體的進口方向相對。
7、 根據權利要求6所述的乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器，其特征在于換熱器下管箱III內第二種液體進口前方設有單級擋板分布器，擋板為平板或圓錐形單級擋板，圓錐形單級擋板的圓錐角為120 150度，單級擋板的側向環隙面積為該液體通過分布器環隙時保持平均流速為o.2 i米/秒所需的面積；換熱器下管箱ni內的第一種液體進口方向為自下而上，第二種液體的進口方向為自上而下。
8、 根據權利要求l所述的乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器，其特征在于管程兩種混合液體經換熱后氣相和液相分別離開換熱器，其中液相出口位于氣相出口的下部，液相出口為2 4個，氣相出口為1 2個，沿換熱器出口管箱均布。
9、 根據權利要求l所述的乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器，其特征在于殼程未凝氣出口位于換熱器殼體n上部，數量為2 4個，沿殼體n均布。
10、 根據權利要求1所述的乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器，其特征在于夾套上部開有排氣口，下部開有放清口。
專利摘要本實用新型涉及一種乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收換熱器，主要解決以往技術中存在的換熱器殼程壓降大，乙苯和水混合不均，無法充分回收塔頂低溫熱的問題。本實用新型通過采用一種包括立式管殼體和夾套的換熱器，殼體四周外部設置有外部封閉的夾套，夾套上開有供氣體進料的進口，被夾套包住的殼體相應部分，四周均勻地開有分布槽的技術方案，較好地解決了該問題，可用于乙苯/苯乙烯分離塔塔頂低溫熱回收工業的生產中。
文檔編號B01D3/26GK201299985SQ200820060919
公開日2009年9月2日 申請日期2008年11月21日 優先權日2008年11月21日
發明者劉文杰, 張忠群, 松 林, 繆長喜 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上海石油化工研究院