專利名稱：用于乙炔爐的混合器裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于乙炔爐的工藝裝置，尤其涉及一種采用天然氣部分氧化法制乙炔和合成氣的乙炔爐的混合器裝置。
背景技術：
原料天然氣和氧氣在各自的預熱爐中被分別加熱到500～650℃，進入乙炔爐混合器充分混合后，再進入乙炔爐反應器發(fā)生部分氧化反應。其中，大約60％的原料天然氣與氧發(fā)生火焰燃燒，放出熱量并產(chǎn)生CO、CO2、H2和水，產(chǎn)生的熱量供給大約30％的天然氣在此發(fā)生裂解反應，并生成乙炔，大約5％天然氣未參與反應以剩余甲烷的形式存在于裂解氣中。目前，國內(nèi)乙炔裂解的核心設備-乙炔爐，都是采用20世紀七十年代引進的生產(chǎn)能力為7500t/a的多管立式爐，該乙炔爐的混合器裝置包括頂部的氧氣進口，中部的天燃氣進口，底部的混合氣噴口，設置在氧氣進口外側(cè)平面的波紋管，與氧氣進口相連接的氧氣噴管，在氧氣噴管內(nèi)由漩渦器定位片連接定位的漩渦器，在漩渦器下部圓周上均勻固定的氧氣漩流片，與混合氣噴口上端連接的天然氣噴嘴，一端與天然氣噴嘴上端連接、另一端與氧氣噴管外側(cè)連接的天然氣進口濾網(wǎng)。實踐表明為了保證乙炔爐能夠安全、穩(wěn)定運行，天然氣與氧氣在進入乙炔爐反應器的混均度必須在99.7％以上。所以，為了提高單位時間的乙炔產(chǎn)量，關鍵在于該混合器裝置對天然氣和氧氣的混合效果。而將單位時間的乙炔產(chǎn)量提高到1萬噸時，由于流通面積的適當放大，使得該混合器裝置的結(jié)構(gòu)只能夠使天然氣與氧氣在進入乙炔爐反應器的混均度只能達到99.3％，不能滿足乙炔爐安全、穩(wěn)定運行的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能充分保證天然氣與氧氣的混均度，從而提高乙炔產(chǎn)量的用于乙炔爐的混合器裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的在影響提高乙炔產(chǎn)量的各種因素中，主要在乙炔爐的混合段即混合器裝置的放大最為關鍵，而在混合段的放大設計中，首先對混合過程建立數(shù)學模型，在模型選擇中充分考慮了強旋流對流動和混合的影響，采用Fluent數(shù)值模擬平臺對乙炔爐的混合過程進行數(shù)值模擬研究，通過將模擬結(jié)果與實測數(shù)據(jù)進行對比，再對數(shù)學模型進行改進和驗證，并基于以上數(shù)學模型對混合器的優(yōu)化設計進行了深入研究，得到本發(fā)明的用于乙炔爐的混合器裝置包括與氧氣進口相連接的氧氣噴管，在氧氣噴管內(nèi)由漩渦器定位片連接定位的漩渦器，在漩渦器下部圓周上均勻固定的氧氣漩流片，與混合氣噴口上端連接的天然氣噴嘴，一端與天然氣噴嘴上端連接、另一端與氧氣噴管外側(cè)連接的天然氣進口濾網(wǎng)，其特征在于在所述天然氣噴嘴上端的內(nèi)側(cè)圓周上均勻設置與所述氧氣漩流片的漩流方向相反的天然氣漩流片。
上述天然氣漩流片的固定段與漩流段的內(nèi)夾角為120°～175°，內(nèi)夾角以140°為佳。
上述天然氣漩流片的設置個數(shù)多于或等于所述氧氣漩流片的設置個數(shù)，而上述天然氣漩流片的設置個數(shù)可為4～16個。
通過對漩流片120°～175°以及漩流片設置個數(shù)4～16個的多次模擬計算及試驗，上述天然氣漩流片的設置個數(shù)為10個，所述氧氣漩流片的設置個數(shù)為8個為較佳選擇。
本發(fā)明的用于乙炔爐的兩入口混合器裝置結(jié)構(gòu)的特點是使得天然氣與氧氣反向漩流，從而增加天然氣與氧氣的湍動程度，可以縮短天然氣與氧氣發(fā)生宏觀混合的距離，并增加發(fā)生分子擴散混合的距離，因為混合達到一定程度后，湍動對進一步混合的強化效果有限，此時必須由分子擴散來實現(xiàn)均勻混合，使混合氣在擴散道末端的混均度能夠達到99.8％以上，以保證乙炔爐能夠安全、穩(wěn)定運行。
本發(fā)明的用于乙炔爐的混合器裝置適用的氣態(tài)烴可以是天然氣(一般含至少96％體積的甲烷)，也可以是C1-C4低級烴，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷或它們的混合物。氣態(tài)烴中也可以含有其它非反應性氣體，如氮氣、二氧化碳、惰性氣體等。適用的氧氣或氧氣的混合物是含有氧氣和其它非反應性氣體的混合氣體。
本發(fā)明的特點是在氣態(tài)烴反應物與大量的氧氣混合經(jīng)分別預熱后，進入兩入口的混合器中，進一步強化混合效果，使其在混合區(qū)出口處混均度達到99.8％，從而確保裝置的反應的效果和生產(chǎn)安全。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1、本發(fā)明實施例的正面剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、圖1中A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
實施例一種用于乙炔爐的混合器裝置，包括天然氣進口11，設置在氧氣進口外側(cè)平面的波紋管2，與氧氣進口1相連接的氧氣噴管6，在氧氣噴管6內(nèi)由漩渦器定位片5連接定位的漩渦器4，在漩渦器4下部圓周上均勻固定的氧氣漩流片9，與混合氣噴口3上端連接的天然氣噴嘴8，一端與天然氣噴嘴8上端連接、另一端與氧氣噴管6外側(cè)連接的天然氣進口濾網(wǎng)7，其特征在于在所述天然氣噴嘴8上端的內(nèi)側(cè)圓周上均勻設置與所述氧氣漩流片9漩流方向相反的天然氣漩流片10，參見圖1。
本實施例中，上述天然氣漩流片10的固定段與漩流段的內(nèi)夾角為140°，其設置個數(shù)為10個，其固定段與所述天然氣噴嘴8為焊接連接，所述氧氣漩流片9的設置個數(shù)為8個，參見圖2。
本實施例的混合器裝置與乙炔爐等工藝裝置裝配連接后，將原料天然氣與氧氣分別在各自的預熱爐中加熱至630～650℃的溫度，再輸入本實施例的混合器裝置在混合區(qū)充分混合，通過擴散道后在乙炔爐的反應道內(nèi)進行反應，反應溫度為1450～1500℃，經(jīng)幾毫秒的反應時間后，接著用冷卻水對反應產(chǎn)物(即裂解氣)進行急冷降溫，并終止反應，其目的是防止已經(jīng)生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氫氣，隨后按常規(guī)方法用適當?shù)娜軇┓旨壩赵俳馕?，得到產(chǎn)物合成氣和高純度的乙炔。在使用本實施例的混合器裝置后，可以確保在天然氣部分氧化制備乙炔和合成氣的生產(chǎn)中，在工藝裝置安全、穩(wěn)定、可靠的前提下將其生產(chǎn)能力從0.75萬噸/年提高到1萬噸/年以上。
權利要求
1.一種用于乙炔爐的混合器裝置，包括與氧氣進口(1)相連接的氧氣噴管(6)，在氧氣噴管(6)內(nèi)由漩渦器定位片(5)連接定位的漩渦器(4)，在漩渦器(4)下部圓周上均勻固定的氧氣漩流片(9)，與混合氣噴口(3)上端連接的天然氣噴嘴(8)，一端與天然氣噴嘴(8)上端連接、另一端與氧氣噴管(6)外側(cè)連接的天然氣進口濾網(wǎng)(7)，其特征在于在所述天然氣噴嘴(8)上端的內(nèi)側(cè)圓周上均勻設置與所述氧氣漩流片(9)漩流方向相反的天然氣漩流片(10)。
2.如權利要求1所述的用于乙炔爐的混合器裝置，其特征在于所述天然氣漩流片(10)的固定段與漩流段的內(nèi)夾角為120°～175°。
3.如權利要求1所述的用于乙炔爐的混合器裝置，其特征在于所述天然氣漩流片(10)的設置個數(shù)多于或等于所述氧氣漩流片(9)的設置個數(shù)。
4.如權利要求1所述的用于乙炔爐的混合器裝置，其特征在于所述天然氣漩流片(10)的設置個數(shù)為4～16個。
5.如權利要求1、2、3或4所述的用于乙炔爐的混合器裝置，其特征在于所述天然氣漩流片(10)的固定段與漩流段的內(nèi)夾角為140°；所述天然氣漩流片(10)的設置個數(shù)為10個，所述氧氣漩流片(9)的設置個數(shù)為8個。
全文摘要
一種用于乙炔爐的混合器裝置，包括與氧氣進口(1)相連接的氧氣噴管(6)，在氧氣噴管(6)內(nèi)由漩渦器定位片(5)連接定位的漩渦器(4)，在漩渦器(4)下部圓周上均勻固定的氧氣漩流片(9)，與混合氣噴口(3)上端連接的天然氣噴嘴(8)，其特征在于在所述天然氣噴嘴(8)上端的內(nèi)側(cè)圓周上均勻設置與所述氧氣漩流片(9)漩流方向相反的天然氣漩流片(10)。本發(fā)明的特點是在氣態(tài)烴反應物與大量的氧氣混合經(jīng)分別預熱后，進入兩入口的混合器中，進一步強化混合效果，使其在混合區(qū)出口處混均度達到99.8％，從而確保裝置的反應的效果和生產(chǎn)安全。
文檔編號B01F13/02GK1951884SQ200610095208
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月16日 優(yōu)先權日2006年11月16日
發(fā)明者王金福, 黃勤烈, 王鐵峰, 曹鴻, 王光潤, 高建兵, 劉昌榮, 米鈺林, 謝小強, 周德文, 袁金濤 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石化集團四川維尼綸廠