[发明专利]变换气冷却器用低温缠绕管式换热器

说明书

技术领域

本发明涉及变换气冷却器用低温缠绕管式换热器，主要应用于煤制气、煤制甲醇等煤化工领域，包括-70℃低温甲醇洗工艺等气体低温净化、低温液化分离技术领域。

背景技术

变换气冷却器用低温缠绕管式换热器是一种换热管道经层层缠绕后形成的一种双管束螺旋盘管型热交换设备，主要应用两股冷源管束即管程-51.3℃工艺尾气混合气及管程-21.24℃合成气混合气冷却壳程37.74℃变换原料混合气，使之温度降至-15.06℃，两股管程气体温度升高至31.24℃。变换气主要成份为H₂（46.02%）、CO₂（32.1%）、CO（19.02%）、H₂S（0.23%）、N₂（0.94%）、H₂O（1.44%）等；合成气主要成份为CH₄、CH₃OH、H₂、CO等；工艺尾气主要成份为CO、H₂、CH₄、CH₃OH等。壳程设计压力小于6.3MPa，温度介于-70～+60℃，管程设计压力分别小于6.3MPa及0.7MPa，温度介于-70～+60℃。换热器实际进出口参数可根据实际工况进行调整，调整后可重新计算换热工艺流程。首先，传统的变换气冷却器采用两台独立的单股流列管式换热器进行换热，换热器体积较大，单位体积换热面积较小，换热效率较低。其次，由于变换气冷却器换热温区中两股冷源的温度分别为-51.3℃及-21.24℃，在冷却37.74℃变换气的过程中，由于两股冷流之间存在较大温差，如果应用传统的双股流换热器，管程进口处-21.24℃合成气冷源将吸收-51.3℃尾气冷源的冷量，合成气温度降低后，再共同冷却壳程37.74℃变换气至-15.06℃，即-21.24℃合成气将经历先降温再升温的过程，从而导致冷源之间重复换热，换热效率降低，换热面积增大。再者，由于目前现有的缠绕管式换热器主要应用于低温环境，内部多股流管束交叉缠绕，换热过程复杂，没有通用的设计标准，也没有统一的设计计算方法，随着工艺流程或物性参数不同而存在较大差别，因此，给变换气冷却器用低温缠绕管式换热器设计开发带来了障碍。最后，由于变换气冷却器用低温缠绕管式换热器中的缠绕管束相互缠绕的方法很多，没有统一的管道缠绕模式及理论设计计算方法用于计算机辅助计算过程，给变换气冷却器用低温缠绕管式换热器的科学计算及标准化带来了障碍。为了提高变换气冷却器的换热效率，增大单位体积换热面积，缩小换热器体积，减少换热设备数量，推进变换气冷却器用低温缠绕管式换热器标准化过程，本发明将独立缠绕管束相结合的复合型缠绕管式换热器的基本结构及换热工艺计算方法进行了系统研究，对变换气冷却器用双股流缠绕管式换热器采用管束独立缠绕、先里后外的同心圆模式依次设计缠绕管束总体结构，按照温度梯度采用中段引进中温冷源，形成总体双股流换热、各股相对独立、管束长度可灵活设置的换热原则，改进不同温位冷源的换热效率，给出变换气冷却器用低温缠绕管式换热器的基本结构及换热工艺流程，以此替代传统的单股流列管式换热器或传统的双股流缠绕管式换热器，使其具有结构紧凑，单位体积换热面积大，换热效率高，传热管热膨胀可自行补偿，容易实现大型化，可减少低温净化工艺中的换热设备数量等特点。

发明内容

变换气冷却器用低温缠绕管式换热器主要包括技术解决方案、基本原理、技术特点等内容，主要涉及换热器基本结构、主要部件位置关系、连接关系、换热工艺技术等方面。

本发明的技术解决方案：