专利名称：用于乙炔炉的混合器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于乙炔炉的工艺装置，尤其涉及一种采用天然气部分氧化法制乙炔和合成气的乙炔炉的混合器装置。
背景技术：
原料天然气和氧气在各自的预热炉中被分别加热到500～650℃，进入乙炔炉混合器充分混合后，再进入乙炔炉反应器发生部分氧化反应。其中，大约60％的原料天然气与氧发生火焰燃烧，放出热量并产生CO、CO2、H2和水，产生的热量供给大约30％的天然气在此发生裂解反应，并生成乙炔，大约5％天然气未参与反应以剩余甲烷的形式存在于裂解气中。目前，国内乙炔裂解的核心设备-乙炔炉，都是采用20世纪七十年代引进的生产能力为7500t/a的多管立式炉，该乙炔炉的混合器装置包括顶部的氧气进口，中部的天燃气进口，底部的混合气喷口，设置在氧气进口外侧平面的波纹管，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漩流片，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。实践表明为了保证乙炔炉能够安全、稳定运行，天然气与氧气在进入乙炔炉反应器的混均度必须在99.7％以上。所以，为了提高单位时间的乙炔产量，关键在于该混合器装置对天然气和氧气的混合效果。而将单位时间的乙炔产量提高到1万吨时，由于流通面积的适当放大，使得该混合器装置的结构只能够使天然气与氧气在进入乙炔炉反应器的混均度只能达到99.3％，不能满足乙炔炉安全、稳定运行的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能充分保证天然气与氧气的混均度，从而提高乙炔产量的用于乙炔炉的混合器装置。
本发明的目的是这样实现的在影响提高乙炔产量的各种因素中，主要在乙炔炉的混合段即混合器装置的放大最为关键，而在混合段的放大设计中，首先对混合过程建立数学模型，在模型选择中充分考虑了强旋流对流动和混合的影响，采用Fluent数值模拟平台对乙炔炉的混合过程进行数值模拟研究，通过将模拟结果与实测数据进行对比，再对数学模型进行改进和验证，并基于以上数学模型对混合器的优化设计进行了深入研究，得到本发明的用于乙炔炉的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漩流片，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，其特征在于在所述天然气喷嘴上端的内侧圆周上均匀设置与所述氧气漩流片的漩流方向相反的天然气漩流片。
上述天然气漩流片的固定段与漩流段的内夹角为120°～175°，内夹角以140°为佳。
上述天然气漩流片的设置个数多于或等于所述氧气漩流片的设置个数，而上述天然气漩流片的设置个数可为4～16个。
通过对漩流片120°～175°以及漩流片设置个数4～16个的多次模拟计算及试验，上述天然气漩流片的设置个数为10个，所述氧气漩流片的设置个数为8个为较佳选择。
本发明的用于乙炔炉的两入口混合器装置结构的特点是使得天然气与氧气反向漩流，从而增加天然气与氧气的湍动程度，可以缩短天然气与氧气发生宏观混合的距离，并增加发生分子扩散混合的距离，因为混合达到一定程度后，湍动对进一步混合的强化效果有限，此时必须由分子扩散来实现均匀混合，使混合气在扩散道末端的混均度能够达到99.8％以上，以保证乙炔炉能够安全、稳定运行。
本发明的用于乙炔炉的混合器装置适用的气态烃可以是天然气(一般含至少96％体积的甲烷)，也可以是C1-C4低级烃，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷或它们的混合物。气态烃中也可以含有其它非反应性气体，如氮气、二氧化碳、惰性气体等。适用的氧气或氧气的混合物是含有氧气和其它非反应性气体的混合气体。
本发明的特点是在气态烃反应物与大量的氧气混合经分别预热后，进入两入口的混合器中，进一步强化混合效果，使其在混合区出口处混均度达到99.8％，从而确保装置的反应的效果和生产安全。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1、本发明实施例的正面剖视结构示意图；图2、图1中A-A向剖视结构示意图。
具体实施例方式
实施例一种用于乙炔炉的混合器装置，包括天然气进口11，设置在氧气进口外侧平面的波纹管2，与氧气进口1相连接的氧气喷管6，在氧气喷管6内由漩涡器定位片5连接定位的漩涡器4，在漩涡器4下部圆周上均匀固定的氧气漩流片9，与混合气喷口3上端连接的天然气喷嘴8，一端与天然气喷嘴8上端连接、另一端与氧气喷管6外侧连接的天然气进口滤网7，其特征在于在所述天然气喷嘴8上端的内侧圆周上均匀设置与所述氧气漩流片9漩流方向相反的天然气漩流片10，参见图1。
本实施例中，上述天然气漩流片10的固定段与漩流段的内夹角为140°，其设置个数为10个，其固定段与所述天然气喷嘴8为焊接连接，所述氧气漩流片9的设置个数为8个，参见图2。
本实施例的混合器装置与乙炔炉等工艺装置装配连接后，将原料天然气与氧气分别在各自的预热炉中加热至630～650℃的温度，再输入本实施例的混合器装置在混合区充分混合，通过扩散道后在乙炔炉的反应道内进行反应，反应温度为1450～1500℃，经几毫秒的反应时间后，接着用冷却水对反应产物(即裂解气)进行急冷降温，并终止反应，其目的是防止已经生成的乙炔被深度裂解成碳黑和氢气，随后按常规方法用适当的溶剂分级吸收再解吸，得到产物合成气和高纯度的乙炔。在使用本实施例的混合器装置后，可以确保在天然气部分氧化制备乙炔和合成气的生产中，在工艺装置安全、稳定、可靠的前提下将其生产能力从0.75万吨/年提高到1万吨/年以上。
权利要求
1.一种用于乙炔炉的混合器装置，包括与氧气进口(1)相连接的氧气喷管(6)，在氧气喷管(6)内由漩涡器定位片(5)连接定位的漩涡器(4)，在漩涡器(4)下部圆周上均匀固定的氧气漩流片(9)，与混合气喷口(3)上端连接的天然气喷嘴(8)，一端与天然气喷嘴(8)上端连接、另一端与氧气喷管(6)外侧连接的天然气进口滤网(7)，其特征在于在所述天然气喷嘴(8)上端的内侧圆周上均匀设置与所述氧气漩流片(9)漩流方向相反的天然气漩流片(10)。
2.如权利要求1所述的用于乙炔炉的混合器装置，其特征在于所述天然气漩流片(10)的固定段与漩流段的内夹角为120°～175°。
3.如权利要求1所述的用于乙炔炉的混合器装置，其特征在于所述天然气漩流片(10)的设置个数多于或等于所述氧气漩流片(9)的设置个数。
4.如权利要求1所述的用于乙炔炉的混合器装置，其特征在于所述天然气漩流片(10)的设置个数为4～16个。
5.如权利要求1、2、3或4所述的用于乙炔炉的混合器装置，其特征在于所述天然气漩流片(10)的固定段与漩流段的内夹角为140°；所述天然气漩流片(10)的设置个数为10个，所述氧气漩流片(9)的设置个数为8个。
全文摘要
一种用于乙炔炉的混合器装置，包括与氧气进口(1)相连接的氧气喷管(6)，在氧气喷管(6)内由漩涡器定位片(5)连接定位的漩涡器(4)，在漩涡器(4)下部圆周上均匀固定的氧气漩流片(9)，与混合气喷口(3)上端连接的天然气喷嘴(8)，其特征在于在所述天然气喷嘴(8)上端的内侧圆周上均匀设置与所述氧气漩流片(9)漩流方向相反的天然气漩流片(10)。本发明的特点是在气态烃反应物与大量的氧气混合经分别预热后，进入两入口的混合器中，进一步强化混合效果，使其在混合区出口处混均度达到99.8％，从而确保装置的反应的效果和生产安全。
文档编号B01F13/02GK1951884SQ200610095208
公开日2007年4月25日 申请日期2006年11月16日 优先权日2006年11月16日
发明者王金福, 黄勤烈, 王铁峰, 曹鸿, 王光润, 高建兵, 刘昌荣, 米钰林, 谢小强, 周德文, 袁金涛 申请人:中国石油化工集团公司, 中国石化集团四川维尼纶厂