[發明專利]一種用于高溫裂解的氣體快速混合反應裝置及應用

有效

• 申請號: 201010281867.0
• 申請日: 2010-09-15
• 公開（公告）號: CN101982227A
• 公開（公告）日: 2011-03-02
• 發明（設計）人: 夏俊;孟章富
• 申請（專利權）人: 山東東岳高分子材料有限公司
• 主分類號: B01J12/00
• 分類號: B01J12/00;B01F5/06;B01J4/00;C07C17/269;C07C21/185
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 李寶成

技術領域

本發明涉及一種氣體快速混合反應裝置及應用，特別適用于高溫裂解氣，屬于化工氣體快速混合技術領域。

背景技術

在化工生產領域，經常存在兩種或多種氣體快速混合并進行反應的體系，此時反應氣體間的混合速度和均勻程度對反應轉化率和選擇性及后續工藝有重要的影響，因此怎樣將兩種氣體快速、均勻的混合便成為化工生產中亟待解決的問題。

例如，在二氟一氯甲烷與高溫水蒸汽裂解制備四氟乙烯的過程中，二氯一氟甲烷通過與1000℃的水蒸汽充分混合達到裂解溫度后進行裂解，二氯一氟甲烷和水蒸汽發生裂解反應的時間非常短，一般需要控制在0.01～1s完成。另外，二氟一氯甲烷與水蒸汽的混合程度直接影響到后續管式反應器中的軸向溫度分布和徑向溫度分布，而不良的溫度分布會使得反應中高沸副產物增加、四氟乙烯的收率降低。同時，二氯一氟甲烷氣體與水蒸汽的混合體積比高達1∶6、由于兩者溫差大、允許壓降小、反應速度快，因此為確保四氟乙烯的高收益率，必須使二氯一氟甲烷氣體與水蒸汽瞬間充分混合均勻。

中國專利CN1049110A公開了一種氣體快速混合裝置，該裝置利用射流與多孔板的撞擊產生強烈的主體擴散及湍流擴散，從而實現氣體物料間的快速混合，但采用單管射流，難以達到有效主體擴散的效果，從而使氣體物料的混合均勻度低，反應不充分。中國專利CN1468651A公開了一種氣體高均勻度噴射流快速混合裝置，但這種裝置壓力損失較大，多孔的分布板在某些反應體系中易被堵塞。中國專利CN1176148A公開了一種流體混合器，流體須流經一系列混合腔，混合腔兩端有細管相通，可以達到均勻的混合，但無法滿足流體瞬間的快速混合。美國專利US4865820公開了一種混合乙烷與氯氣的方法，但該設備技術要求高，結構復雜。

發明內容

為克服以上技術的不足，本發明公開一種氣體混合速度快、混合均勻度高的用于高溫裂解的氣體快速混合反應裝置，該裝置適用于反應體積懸殊較大且反應速度快的兩種氣體混合，本發明還公開一種用該裝置混合氣體的方法。

本發明的技術方案如下：

一種用于高溫裂解的氣體快速混合反應裝置，包括氣體輸送管、混合噴嘴和反應管；氣體輸送管通過混合噴嘴與反應管相連通；其特征在于，所述的氣體輸送管是一個同心雙層圓管，分為輸送內管和輸送外管；

所述的混合噴嘴包括同心雙層圓管，同心雙層圓管分為噴嘴內管和噴嘴外管；噴嘴內管內設置有內渦輪，噴嘴外管和噴嘴內管之間的管道環隙設置有環形渦輪，內渦輪與環形渦輪的旋轉方向相反；內渦輪的渦輪片外緣與噴嘴內管的內壁固定連接；環形渦輪的渦輪片外緣與噴嘴外管的內壁固定連接，渦輪片內緣與噴嘴內管的外壁固定連接；

氣體輸送管的輸送內管與混合噴嘴的噴嘴內管相連，輸送外管與噴嘴外管相連。本發明采用同心雙層圓管和混合噴嘴對氣體進行混合，優點在于：兩種氣體通過同心雙層圓管輸送，能夠使氣體進行預調溫；另外，一種氣體通過內管輸送至混合噴嘴的內渦輪，另一種氣體通過外管和內管之間的管道環隙輸送至混合噴嘴的環形渦輪，由于內渦輪和環形渦輪的渦輪片的旋轉方向相反，使得兩種氣體旋轉方向相反，這會產生巨大的速度差，造成很大的剪切力和強烈湍動，讓兩種氣體在瞬間得到低尺度上的均勻混合，之后立即進入反應管進行反應。氣體經過噴嘴混合后，直接進入反應器反應，無須另外增加混合段。

所述的氣體輸送管的長度是輸送外管直徑的0.5～10倍；輸送內管直徑是輸送外管直徑的0.25～0.7倍。

所述的混合噴嘴的長度是噴嘴外管直徑的0.5～10倍。

內渦輪的渦輪片數為3～50個，渦輪片的旋轉角度為5度～85度；環形渦輪的渦輪片數為3～50個，渦輪片的旋轉角度為5度～85度。

利用上述裝置混合水蒸汽和二氟一氯甲烷制備四氟乙烯的方法，步驟如下：

1)950℃的過熱水蒸汽通過輸送內管和外管所形成的管道環隙進入混合噴嘴的環形渦輪，流量為1.5m³/s；450℃的二氟一氯甲烷從輸送內管進入混合噴嘴的內渦輪，流量為0.25m³/s；

2)過熱水蒸汽經環形渦輪旋出，二氟一氯甲烷經內渦輪旋出，彼此兩種氣體的旋出角度相反，充分混合后進入反應管；

3)步驟2)中的水蒸汽和二氟一氯甲烷在反應管內充分反應后，經急冷氣冷卻，脫酸、脫水和洗滌后，得四氟乙烯。

本發明的優勢在于：

1、兩種氣體通過同心雙層圓管輸送，一種氣體通過內管輸送，另一種氣體通過外管和內管之間的管道環隙輸送，兩種氣體在輸送的過程中可以相互調溫，使氣體進行預調溫；