一、技術來源
東華工程科技股份有限公司。本技術是在粉煤加氫氣化技術研發過程中，根據半焦冷卻流化床在工藝過程中應完成的功能，結合高溫設備設計經驗，提出初步結構設計方案，與工藝專業討論、交流、改進后形成的技術成果。
二、基本原理
將大量固體顆粒懸浮于運動的流體之中，從而使顆粒具有類似于流體的某些表觀特性，這種流固接觸的狀態稱為固體流態化，這種床層稱為流化床。
層流狀態下，重力場中固體顆粒與氣相介質之間的相對速度記為Ut(規定重力的方向為正)，氣相介質向上運動，流速記為U1，則顆粒的絕對速度(以固定點為參照點)為Up=U1-Ut。
如果流體介質靜止或者上升流速U1
隨著上升流體流量的增大，U1增大，當達到U1=Ut時，顆粒的絕對速度Up=0，形成固定床狀態。
當U1稍微大于Ut時，顆粒便會上升，發生由固定床向流化床的轉化。
則顆粒向上運動，同時引起床層空隙率的增加。床內的顆粒將浮起，顆粒層將膨脹，床內空隙率增大，又可能出現U1Ut，顆粒再次上升，床層又膨脹，空隙率再次增大。當床層膨脹到一定程度，空隙率穩定在某一數值上，空隙中的流體流速U1穩定等于顆粒的Ut時，顆粒懸浮于流體中，便形成了流化床。
如果氣體流量繼續增加，始終出現U1>Ut的關系，則顆粒被帶出床外，此時為顆粒輸送階段。
三、工藝過程
從加氫氣化爐底部排渣口排出的半焦呈固態顆粒狀，具有溫度高、密度小、流動性好、傳熱系數低等特點，工作壓力7.0Mpa，工作溫度約800℃
出氣化爐后的半焦在壓差和引送風的推動下，通過一個專用隔熱襯里連接管道，從半焦冷卻流化床下部的半焦入口管進入設備殼程內部。
半焦入口管下方設有支撐格柵，支撐格柵上方散堆有直徑φ50和直徑φ30的兩層剛玉瓷球，進入半焦冷卻流化床殼程內部的半焦顆粒首先堆積在剛玉瓷球上方。支撐格柵下方設有輸送風管口，輸送風穿過格柵及剛玉瓷球后，推動固態顆粒狀半焦緩緩上移，在移動過程中與設置在殼程內部豎向排列的換熱管組進行換熱。當半焦顆粒越過換熱管組所處位置后，換熱結束，半焦顆粒溫度降至400℃左右，并在輸送風的推動下繼續上移，最后從位于設備上部的傾斜溢流口離開設備，進入后續工藝設備繼續處理。
四、技術特點
1、本設備為無管板的立式固態半焦顆粒換熱設備，解決了高溫高壓加氫氣化工藝中半焦顆粒冷卻設備的結構設計難題。
本設備包括有管程和殼程，設備運行時冷卻水走管程，固態半焦走殼程。
管程為一個整體換熱管組，放置在殼程中，換熱管豎向排列，設備運行時，管組整體埋入半焦顆粒中，管組換熱面可與半焦顆粒充分接觸并換熱。管組上部設有集合管，下部設有分布管。管程進出水總管均位于換熱管組上方，工作時，冷卻水從進水總管進入管程內，沿導向管一路流向管組底部，再經2級分布器分布，均勻分布到豎向排列布置的換熱管組內，與管壁外的流化態半焦顆粒進行換熱，換熱后的水和蒸汽經2級收集管收集后，從出水總管離開設備。
2、管程進出水總管固定于換熱管組上方同一水平面上，換熱管組可整體向下自由伸縮，解決了設備運行時換熱管組熱膨脹量較大的問題;
換熱管組上部設有支撐裝置，固定在殼程內壁上，下端設置導向支架。設備運行時，管組底部水平方向位移受限制，而軸向可以自由膨脹，可最大限度釋放熱應力。
3、采用唇焊設備法蘭雙重密封結構，解決了大直徑高溫高壓法蘭運行是容易產生泄漏的問題。
為了便于本設備的制造、檢驗、安裝和檢修，在設備殼程設置一對唇焊密封設備法蘭，采用墊片和唇焊雙重密封結構，在設備制造檢驗及試車階段，法蘭可以通過墊片進行密封，當設備試運行合格后，再將焊唇進行密封焊，可以保證設備的長周期安全運行。
五、技術水平
經安徽省科技技術研究所查新報告，未見其他單位有相同內容的研究報道。本技術具有國內先進水平。
六、能源消耗
本設備屬于兩種介質之間的熱量交換設備，不消耗能源。
七、節能減排狀況
本設備在給高溫半焦冷卻的同時，管材換熱管組附產中壓蒸汽，可有效回收部分熱量，達到節能減排的目的。經換熱后，半焦顆粒溫度從800℃降低到約400℃，然后進入后續換熱設備繼續進行降溫冷卻及熱量回收。
八、技術應用條件
本設備可用于冷卻工作溫度小于等于800℃的半焦顆粒及類似化學物質。
九、應用實例
新能能源有限公司新能穩定輕烴項目加氫氣化裝置中應用本專有技術設備1臺。
十、經濟效益
本技術所采用的結構型式，滿足了工藝裝置的要求，經濟合理，使整個加氫氣化流程暢通并回收熱量，從而節省項目投資。
(來源：中國石油和化工勘察設計協會) |
