专利名称：插入反应器中或与反应器组合的流体混合装置的制作方法
插入反应器中或与反应器组合的流体混合装置
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。
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80 ATM的压力下和在低温下(T<400°C )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lmsec)。
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。该专利乂>开了当HC/02混合的滞留时间长于9msec时，曱 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 均勻排出至混合区域中，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。
计算气体流体(氧化剂)管和"狭槽"的直径，这样，两个流体 流的线性速率防止流体流自身的回流区域，该回流区域一方面可以有 利于混合，另一方面，它们增加了气体在混合区域中的滞留时间，因 此增加了引发火焰现象和火焰反应传播的机率。
在用于阻止可能的火焰返回的元件和管束端部之间的距离使得能 够减小涡旋的形成，该涡旋可能在氧化流体流内部产生部分燃料的再 循环，并因此增大形成火焰的机率。
本发明的装置优选是可以插入反应器的进口处，或者与反应器组 合，特别是，可以使用在专利申请IT-MI96A000690中所述的反应器。
所述装置也可以是反应器自身的一部分，这时，包括所述装置的 设备是本发明的又一目的。
用于进行烃的催化局部氧化的装置的特征在于它包括如上所述的 混合装置，其中，它还包括反应区域(R)，该反应区域包括催化床， 具有沿装置轴线恒定或增大的截面。
本发明的又一目的涉及通过具有上述装置的设备进行的气体或液 体燃料的催化氧化处理。从烃混合物、天然气和/或LPG中选择的气体燃料的这种催化局 部氧化处理通过使用上述装置的合适催化系统通过以下步骤来进行
可能在有蒸气和/或co2的情况下，预混合试剂并可能加热试剂至 25。C至400'C范围的温度，该试剂包括所述燃料和氧气或空气或富氧 空气；
使试剂在从5。C至500。C范围的进口温度下在从1000至1000000 Nl试剂/L cat. x h的空间速度下在催化区域中反应，从而达到从 45(TC至1500'C的温度范围。
特别是，本发明的方法可以用于从液体或气体燃料开始获得合成 气或不饱和烃(乙蜂、苯乙烯等)。
催化剂可以包括氧化物载体，贵重金属例如Rh、 Ru、 Ir、 Pt和/ 或其它过渡金属例如Ni、 Fe、 Co沉积在该氧化物载体上。氧化物载 体可以包括具有不同几何形状的金属海绵或者金属纤维载体(相同金 属沉积在其上)。
催化剂可以包括包含贵重金属和其它过渡金属(例如Rh、 Ru、 Ir、 Pt、 Ni、 Fe、 Co)的氮化物或氮氧化物。这些金属可以被支承在 作为金属聚合体的氮化物上，但是它们也可以插入氮化物或氮氧化物 的化学配方中(这些催化剂的更详细说明可以在专利申请 IT-MI2002A000214中看到)。
用于本发明的处理中的催化剂可以为任意形式，优选是为流体(特 别是气体)可透过的固定床形式。该固定床可以有任意形状，优选是 真空度为从0.4至0.95的范围，更优选是从0.6至0.9。
本发明的一些优选实施例借助于
图1-5来提供。
图1中所示的装置装备有两个不同进口，用于燃料和用于氧化剂。 更具体地说，氧化流从混合器的顶部进入，并分配至具有减小的直径 的一系列管中。燃料从侧部进入(也可以有多个进口 )，并沿径向分布 在包围管的混合腔室中，氧气在该管中流动，并最终通过管板中的"狭 槽"而进入混合腔室。
氧化剂(即空气、富氧空气或优选的氧气)的管沿长度方向延伸超过管板，这样，氧化剂以"富氧，，气体的形式释放至燃料中(相反 可能有危险)。
氧化剂管的最终部分装备有合适的节流元件，例如金属合金或烧 结陶瓷，或者具有合适尺寸的一系列开口，以便进行沿供给的出口轴
线的偏向。所述偏向的出口的优点在于在可燃范围内减少了混合物 的形成。图1中所示的氧化剂和燃料的进口只是图示说明，并不认为 是对本发明的限制，也可以有其它进口，例如燃料从上面进入，仍然 存在氧化剂/燃料相在混合器内部分离和出口的相对定位(氧化剂在燃 料的下游)。
如图2中所示，在相关导管(1)的出口处，包含氧气的流体流流 过合适元件(2),该元件(2)能够使进料偏向成一系列流体流，这些 流体流根据垂直和平行轨迹或它们的矢量组合而与烃相(3)交叉。流 体流的快速混合防止局部形成在可燃区域内的组分。
两个流体流的交叉还有利于相的快速混合。
图3中所示的、用于混合器的可选方案设想氧化剂管有不同长度， 以便进一步偏向氧的释放，并具有所有优点。
图4包括在图2的装置内的合适元件，该元件能够阻止可能的火 焰返回。
在图5所示的另一结构中，多孔元件(5)位于烃流体流的出口处， 氧化剂流的出口也位于多孔元件的内部，可以在不同高度处，并在经 流体流的进口下游。
权利要求
1. 一种用于混合两种流体、插入反应器中或与反应器组合的装置，该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是气体；下面的分配区域，该分配区域包含一束管，该束管平行于轴线，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机构，该分配区域包含该束平行的管，该机构使得第二流体在所述平行的管的外部被均匀分配；混合区域，该混合区域通过支承所述平行的管的管板而与分配区域分开，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，所述平行的管延伸超过所述管板进入混合区域中。
2. 根据权利要求l所述的装置，其中管的终端部分装备有用于 使得轴向、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。
3. 根据权利要求l所述的装置，其中延伸超过管板的管的长度 不同。
4. 根据权利要求l所述的装置，其中合适元件位于混合区域中 并靠近管板，以便阻止任何可能的火焰的返回。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中多孔元件置于混合区域中， 紧接在管板后面，该多孔元件延伸超过管自身。
6. —种用于进行烃的催化局部氧化的设备，其特征在于它包括 如权利要求1至5中至少一个所述的混合装置，其中，它还包括反应 区域(R)，该反应区域包括催化床，具有沿设备的轴线恒定或增大的 截面。
7. —种通过使用如权利要求6所述设备的合适催化系统来进行的、从烃混合物、天然气和/或LPG中选择的气体燃料的催化局部氧 化方法，该方法通过以下步骤进行可能在有蒸气和/或C02的情况下，预混合试剂和可能加热试剂至25。C至400X:范围的温度，该试剂包括所述燃料和氧气或空气或富氧 空气；使试剂在从5'C至500。C范围的进口温度下在从1000至1000000 Nl试剂/L cat. x h的空间速度下在催化区域中反应，从而达到从 450'C至150(TC的温度范围。
全文摘要
这里介绍了一种用于混合两种流体、插入反应器中或与反应器组合的也可用于催化部分氧化的装置，它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，该第一流体可以是在工作状态下的气体；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平行管的管板而与分配区域分开，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。
文档编号C01B3/38GK101304804SQ200680041665
公开日2008年11月12日 申请日期2006年10月18日 优先权日2005年10月21日
发明者A·巴托利尼, A·本纳尔多, A·瓜里诺尼, L·巴西尼, N·奥诺拉蒂 申请人:艾尼股份公司