[发明专利]一种用于乙炔炉配套的高温气体切向旋流三入口混合器及其混合工艺

说明书

本发明属于天然气制乙炔技术领域，提供了一种与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器，包括第一进气口、第二进气口；第一进气口和第二进气口分别在设置在筒状结构的壳体的端口和筒壁方向；壳体内沿筒体高度方向设置有套管和套管内的中心锥管，套管为两端开口的圆管，中心锥管为顶端开口、下部锥形的圆管；套管与壳体之间的空隙形成第一环隙；中心锥管与套管之间的空隙形成第二环隙；第一进气口经多个直径小于第二环隙宽度的细管与第二环隙连通；第一环隙经多个细管之间的空隙与中心锥管顶部连通；套管和中心锥管的侧壁上均设置有条形孔；中心锥管的外壁固定有旋流翼片；条形孔在管壁上的开孔方向与所在位置的旋流翼片的螺旋方向相反。

技术领域

本发明总体地涉及天然气制乙炔技术领域，具体地涉及一种与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器及其混合工艺。

背景技术

乙炔是一种重要的化工原料，主要用于制取醋酸、醋酸乙烯、乙烯基乙炔、丙烯酸、丁二烯、1,4-丁二醇等一系列化工产品，亦作为合成橡胶、合成纤维和塑料等材料的单体。烃类部分氧化制备乙炔是目前乙炔主要的制备方法之一，随着天然气原料的开采、使用技术的成熟，天然气部分氧化制乙炔的技术得到广泛关注。

天然气部分氧化制备乙炔的方法，是通过将天然气和氧气分别预热至600-650℃，在反应器的混合区进行充分混合，然后经过预混的扩散器进行反应器的反应区进行反应，并在反应后用一种水或渣油作急冷介质迅速急冷低于300℃的温度。在混合区中，天然气和氧气需要实现快速混合，确保气体流速大于火焰传播速度，防止反应室内的火焰发生回火返回至混合区。

目前，国内乙炔裂解的核心设备-乙炔炉，多采用多管立式炉，其乙炔炉的混合器装置包括顶部的氧气进口，中部的天然气进口，底部的混合气喷口，随着混合器装置流通截面积的放大，两种气体混合效果会有所下降，只能达到98％，同时混合所需的时间增加，不利于乙炔炉的安全、稳定运行。

专利CN1951885A和CN1951884A公开了两种用于乙炔炉的混合器装置。CN1951884A中的两入口混合器装置包括与氧气进口相连接的氧气喷管，在氧气喷管内由漩涡器定位片连接定位的漩涡器，在漩涡器下部圆周上均匀固定的氧气旋流片，与混合气喷口上端连接的天然气喷嘴，一端与天然气喷嘴上端连接、另一端与氧气喷管外侧连接的天然气进口滤网，天然气喷嘴上端内侧圆周均匀设置与氧气旋流片旋流方向相反的天然气旋流片，气体混合效果增强，混均度达到99.97％。专利CN1951885A则增加了天然气进口滤网中部位置处的圆周上设置的通孔经连通管与漩涡器圆周上设置的通孔连接的结构，形成三入口混合器，混合效果增强。专利CN105879806A公开的烃部分氧化制备乙炔和合成气的大型反应器中，在混合区设置有旋流器和侧向进气栅，烃和氧气中的一股通过旋流器，另一股通过侧向进气栅，然后两股气流在混合区充分均匀混合。由于天然气侧向进气存在气体流速不均，不同混合位置，天然气和氧气混合效果会有较大影响，如何保证在最短时间内实现天然气和氧气的充分混合是本发明要解决的重要问题。

专利DE4422815中提到用氧通过烃的部分氧化制备乙炔和合成气的设备，具有一个混合室，一个具有管道可连通骤冷室的燃烧器区段，其中燃烧器区段的管道是用穿孔的板覆盖进口端。其中混合器的作用是使烃和氧气充分和快速混合，但是该专利没有公开混合器的具体结构和实现方法。

专利CN 105879806A中提到一种烃部分氧化乙炔和合成气的大型反应器，其中包括混合区，即用于烃与氧气混合。其特征在于在混合区设置有旋流器和侧向进气栅，烃和氧气中的一股通过旋流器，另外一股通过进气栅，然后两股气流进行混合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器，它在毫秒数量级的时间内实现天然气和氧气的混均度，从而提高乙炔产量。

本发明旨在通过结合计算流体力学和工程实验，寻找最佳的流体混合角度和方式，简化混合装置的复杂结构，实现高温气体快速高效混合，满足乙炔合成的气体混合条件。天然气切向进料能保证最大的气速，与氧气形成的反向旋流相对速度最大，能达到最佳的混均效果。