[發明專利]一種與乙炔爐配套的高溫氣體逆向雙旋高效混合器

在審

• 申請號: 202110399408.0
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113101873A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 王金福;劉瑩
• 申請（專利權）人: 王金福
• 主分類號: B01J4/00
• 分類號: B01J4/00;B01J19/00
• 代理公司: 北京百年育人知識產權代理有限公司 11968
• 代理人: 赫玲芳

本發明屬于天然氣制乙炔技術領域，提供了一種與乙炔爐配套的氣體逆向雙旋混合器，它包括第一進氣口、氣體混合區和第二進氣口；第一進氣口為圓筒狀結構的殼體的一個端口，其下部的殼體內區域為氣體混合區；第二進氣口與氣體混合區位置的殼體連通；第二進氣口的進氣壁與殼體的筒壁之間的連接切向連接；第一進氣口中心設置有錐柱；錐柱上固定有旋流翼片，旋流翼片為沿錐柱圓柱部分的外周從上向下同向螺旋設置的片狀結構，旋流翼片相對于錐柱橫截面的傾角為15~45°；第二進氣口向氣體混合區的進氣方向與旋流翼片在殼體中從上向下的螺旋方向相反。

技術領域

本發明總體地涉及天然氣制乙炔技術領域，具體地涉及一種與乙炔爐配套的氣體逆向雙旋混合器和原料氣混合工藝。

背景技術

乙炔是一種重要的化工原料，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產品，亦作為合成橡膠、合成纖維和塑料等材料的單體。烴類部分氧化制備乙炔是目前乙炔主要的制備方法之一，隨著天然氣原料的開采、使用技術的成熟，天然氣部分氧化制乙炔的技術得到廣泛關注。

天然氣部分氧化制備乙炔的方法，是通過將天然氣和氧氣分別預熱至600-650℃，在反應器的混合區進行充分混合，然后經過預混的擴散器進行反應器的反應區進行反應，并在反應后用一種水或渣油作急冷介質迅速急冷低于300℃的溫度。在混合區中，天然氣和氧氣需要實現快速混合，確保氣體流速大于火焰傳播速度，防止反應室內的火焰發生回火返回至混合區。

目前，國內乙炔裂解的核心設備-乙炔爐，多采用多管立式爐，其乙炔爐的混合器裝置包括頂部的氧氣進口，中部的天然氣進口，底部的混合氣噴口，隨著混合器裝置流通截面積的放大，兩種氣體混合效果會有所下降，只能達到98%，同時混合所需的時間增加，不利于乙炔爐的安全、穩定運行。

專利CN1951885A和CN1951884A公開了兩種用于乙炔爐的混合器裝置。CN1951884A中的兩入口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旋流片，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連接的天然氣進口濾網，天然氣噴嘴上端內側圓周均勻設置與氧氣旋流片旋流方向相反的天然氣旋流片，氣體混合效果增強，混均度達到99.97%。專利CN1951885A則增加了天然氣進口濾網中部位置處的圓周上設置的通孔經連通管與漩渦器圓周上設置的通孔連接的結構，形成三入口混合器，混合效果增強，混均度達到99.8%。專利CN105879806A公開的烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應器中，在混合區設置有旋流器和側向進氣柵，烴和氧氣中的一股通過旋流器，另一股通過側向進氣柵，然后兩股氣流在混合區充分均勻混合，烴和氧氣的混均度達到99.9%。由于天然氣側向進氣存在氣體流速不均，不同混合位置，天然氣和氧氣混合效果會有較大影響，如何保證在最短時間內實現天然氣和氧氣的充分混合是本發明要解決的重要問題。

專利DE4422815中提到用氧通過烴的部分氧化制備乙炔和合成氣的設備，具有一個混合室，一個具有管道可連通驟冷室的燃燒器區段，其中燃燒器區段的管道是用穿孔的板覆蓋進口端。其中混合器的作用是使烴和氧氣充分和快速混合，但是該專利沒有公開混合器的具體結構和實現方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種與乙炔爐配套的氣體逆向雙旋混合器，它通過在圓筒形殼體內的軸向和切向分別向殼體內的氣體混合區送入不同的反應原料氣，使兩種原料氣在毫秒數量級的時間混合時間內實現天然氣和氧氣的99.99%以上的混均度，從而提高乙炔產量。

本發明旨在通過結合計算流體力學和工程實驗，尋找最佳的流體混合角度和方式，簡化混合裝置的結構，實現高溫氣體快速高效混合，滿足乙炔合成的氣體混合條件。通過實際工況發現，天然氣切向進料能保證最大的氣速，與氧氣形成的反向旋流相對速度最大，能達到最佳的混均效果。