[发明专利]插入反应器中或与反应器组合的流体混合装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于混合两种流体的装置，优选是混合烃燃料和氧化流体流(例如空气、富氧空气或氧气)，该装置能够用于反应器、插入反应器中或与反应器组合，还用于具有较短接触时间的催化局部氧化处理中。

背景技术

较短接触时间-催化局部氧化(SCT-CPO)是用于合成气体(合成气)的生产中的处理。在具有较短接触时间的催化局部氧化中，烃燃料、氧化剂(空气、富氧空气或氧气)和可选的蒸气的预先混合流在从1至80ATM的压力下和在低温下(T＜400℃)供给炽热的催化表面上。

用于较短接触时间催化局部氧化处理中的试剂混合物可以是易燃的。为了避免引发和传播火焰，因此优选是在有限容积中、在低于火焰引发温度的温度和在比火焰延迟时间更短的时间内进行混合。在催化局部氧化中，当预混合流的“冷”气体到达处于高温的催化剂时，优选是使试剂气体具有较高线性速率，以便限制热量从催化表面往回传播给气体试剂流的现象。而且，当气体的线性速率也超过火焰传播速率时，这也使火焰熄灭。

因此，在这种处理中，通常与需要在避免火焰反应的情况下混合燃料流和氧化剂流的所有处理相同，混合系统的特征很关键。

各种文献介绍了用于混合烃和氧化剂流的设备。

US2005/0095186要求保护一种装置，其中，燃料和氧化剂由于燃料的切向运动而进行混合。在我们看来，该方法不会防止局部产生氧气浓度梯度，这可能有危险，因为它们可能引起火焰反应。

US2004/0133057介绍了一种制造混合器的方法，该混合器能够在安全状态下混合氧化剂和燃料流，因为在流体保持湍流运动时进行混合，且因此只有微量的试剂紧密接触，这样，防止可能的火焰反应传播至整个混合物。在我们看来，该装置不仅不容易制造和运行，而且它还不能保证两种流体流在混合器的出口处完全混合。

US2004/0067180介绍了一种包括微槽道的混合器，氧化剂和燃料分别供给该微槽道中。不过，它优选是定位得靠近催化区域，在我们看来，这可能产生较大的热量往回传播的问题，同时可能引发火焰反应。

US6726850要求保护一种CPO处理，其中，全部氧气在多个反应步骤中递增地供给。该重力并没有介绍注入装置的几何形状，但是规定了烃混合物/氧气的较短接触时间(在第一步骤中小于10msec，在随后步骤中小于1msec)。

US5883138要求保护一种装置，增压和预热的试剂通过混合器从该装置以较大动量注入，该混合器包括朝着催化区域开口的一系列槽道和孔。该专利公开了当HC/O2混合的滞留时间长于9msec时，甲烷和氧气混合物可能开始在气相进行不希望的非催化反应。该专利也有与US2004/0067180相同的问题。

US6863867要求保护使用扩散混合器组，这些扩散混合器组布置成沿径向和切向引入进料。各混合器包括一系列的导管，这些导管从一端接收进料，并在相对端释放该进料。这时，该专利并没有介绍怎样减少使得氧/烃比例落在可燃范围内的区域的形成。

发明内容

发现了一种装置，它利用两个供给流中的一个的偏向(partialized)出口原理，这能够克服已知技术的技术限制，满足上述要求。

本发明的用于混合两种流体、插入反应器中或与反应器组合的装置基本包括以下区域：

第一供给区域，该第一供给区域装备有用于使得第一流体能够沿轴向方向进入的装置，该第一流体在工作状态下可以是气体；

下面的分配区域，该分配区域包含一束管，该束管优选是平行于轴线，所述流体均匀分配至该束管内部；

第二供给区域，该第二供给区域装备有用于使得第二流体能够进入分配区域的装置，该分配区域包含该束优选平行的管，该装置使得第二流体均匀分配至所述平行管的外部；

混合区域，该混合区域通过支承所述管的管板而与分配区域分开，该管优选平行，所述管板有狭槽或开口，以便使第二流体沿轴向方向均匀排出至混合区域中，且所述平行管超过所述管板伸入混合区域中。

优选是，平行管的最终部分装备有用于使得轴向和/或径向和/或横向分配至混合区域中的流体的出口偏向的装置。

延伸超过管板的所述平行管也可以为不同长度。

合适元件可以位于混合区域中并靠近管板，以便阻止任何可能的火焰的返回。

多孔元件可以置于混合区域中，恰好在管板下面，该多孔元件可以延伸超过所述管。

本发明的装置可以位于反应器的进口处。