一、技术来源
东华工程科技股份有限公司。本技术是在粉煤加氢气化技术研发过程中，根据半焦冷却流化床在工艺过程中应完成的功能，结合高温设备设计经验，提出初步结构设计方案，与工艺专业讨论、交流、改进后形成的技术成果。
二、基本原理
将大量固体颗粒悬浮于运动的流体之中，从而使颗粒具有类似于流体的某些表观特性，这种流固接触的状态称为固体流态化，这种床层称为流化床。
层流状态下，重力场中固体颗粒与气相介质之间的相对速度记为Ut(规定重力的方向为正)，气相介质向上运动，流速记为U1，则颗粒的绝对速度(以固定点为参照点)为Up=U1-Ut。
如果流体介质静止或者上升流速U1
随着上升流体流量的增大，U1增大，当达到U1=Ut时，颗粒的绝对速度Up=0，形成固定床状态。
当U1稍微大于Ut时，颗粒便会上升，发生由固定床向流化床的转化。
则颗粒向上运动，同时引起床层空隙率的增加。床内的颗粒将浮起，颗粒层将膨胀，床内空隙率增大，又可能出现U1Ut，颗粒再次上升，床层又膨胀，空隙率再次增大。当床层膨胀到一定程度，空隙率稳定在某一数值上，空隙中的流体流速U1稳定等于颗粒的Ut时，颗粒悬浮于流体中，便形成了流化床。
如果气体流量继续增加，始终出现U1>Ut的关系，则颗粒被带出床外，此时为颗粒输送阶段。
三、工艺过程
从加氢气化炉底部排渣口排出的半焦呈固态颗粒状，具有温度高、密度小、流动性好、传热系数低等特点，工作压力7.0Mpa，工作温度约800℃
出气化炉后的半焦在压差和引送风的推动下，通过一个专用隔热衬里连接管道，从半焦冷却流化床下部的半焦入口管进入设备壳程内部。
半焦入口管下方设有支撑格栅，支撑格栅上方散堆有直径φ50和直径φ30的两层刚玉瓷球，进入半焦冷却流化床壳程内部的半焦颗粒首先堆积在刚玉瓷球上方。支撑格栅下方设有输送风管口，输送风穿过格栅及刚玉瓷球后，推动固态颗粒状半焦缓缓上移，在移动过程中与设置在壳程内部竖向排列的换热管组进行换热。当半焦颗粒越过换热管组所处位置后，换热结束，半焦颗粒温度降至400℃左右，并在输送风的推动下继续上移，最后从位于设备上部的倾斜溢流口离开设备，进入后续工艺设备继续处理。
四、技术特点
1、本设备为无管板的立式固态半焦颗粒换热设备，解决了高温高压加氢气化工艺中半焦颗粒冷却设备的结构设计难题。
本设备包括有管程和壳程，设备运行时冷却水走管程，固态半焦走壳程。
管程为一个整体换热管组，放置在壳程中，换热管竖向排列，设备运行时，管组整体埋入半焦颗粒中，管组换热面可与半焦颗粒充分接触并换热。管组上部设有集合管，下部设有分布管。管程进出水总管均位于换热管组上方，工作时，冷却水从进水总管进入管程内，沿导向管一路流向管组底部，再经2级分布器分布，均匀分布到竖向排列布置的换热管组内，与管壁外的流化态半焦颗粒进行换热，换热后的水和蒸汽经2级收集管收集后，从出水总管离开设备。
2、管程进出水总管固定于换热管组上方同一水平面上，换热管组可整体向下自由伸缩，解决了设备运行时换热管组热膨胀量较大的问题;
换热管组上部设有支撑装置，固定在壳程内壁上，下端设置导向支架。设备运行时，管组底部水平方向位移受限制，而轴向可以自由膨胀，可最大限度释放热应力。
3、采用唇焊设备法兰双重密封结构，解决了大直径高温高压法兰运行是容易产生泄漏的问题。
为了便于本设备的制造、检验、安装和检修，在设备壳程设置一对唇焊密封设备法兰，采用垫片和唇焊双重密封结构，在设备制造检验及试车阶段，法兰可以通过垫片进行密封，当设备试运行合格后，再将焊唇进行密封焊，可以保证设备的长周期安全运行。
五、技术水平
经安徽省科技技术研究所查新报告，未见其他单位有相同内容的研究报道。本技术具有国内先进水平。
六、能源消耗
本设备属于两种介质之间的热量交换设备，不消耗能源。
七、节能减排状况
本设备在给高温半焦冷却的同时，管材换热管组附产中压蒸汽，可有效回收部分热量，达到节能减排的目的。经换热后，半焦颗粒温度从800℃降低到约400℃，然后进入后续换热设备继续进行降温冷却及热量回收。
八、技术应用条件
本设备可用于冷却工作温度小于等于800℃的半焦颗粒及类似化学物质。
九、应用实例
新能能源有限公司新能稳定轻烃项目加氢气化装置中应用本专有技术设备1台。
十、经济效益
本技术所采用的结构型式，满足了工艺装置的要求，经济合理，使整个加氢气化流程畅通并回收热量，从而节省项目投资。
(来源：中国石油和化工勘察设计协会) |
