一种用于乙炔炉配套的高温气体切向旋流三入口混合器及其混合工艺制造技术

本发明专利技术属于天然气制乙炔技术领域，提供了一种与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器，包括第一进气口、第二进气口；第一进气口和第二进气口分别在设置在筒状结构的壳体的端口和筒壁方向；壳体内沿筒体高度方向设置有套管和套管内的中心锥管，套管为两端开口的圆管，中心锥管为顶端开口、下部锥形的圆管；套管与壳体之间的空隙形成第一环隙；中心锥管与套管之间的空隙形成第二环隙；第一进气口经多个直径小于第二环隙宽度的细管与第二环隙连通；第一环隙经多个细管之间的空隙与中心锥管顶部连通；套管和中心锥管的侧壁上均设置有条形孔；中心锥管的外壁固定有旋流翼片；条形孔在管壁上的开孔方向与所在位置的旋流翼片的螺旋方向相反。

【技术实现步骤摘要】
一种用于乙炔炉配套的高温气体切向旋流三入口混合器及其混合工艺
本专利技术总体地涉及天然气制乙炔
，具体地涉及一种与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器及其混合工艺。
技术介绍
乙炔是一种重要的化工原料，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产品，亦作为合成橡胶、合成纤维和塑料等材料的单体。烃类部分氧化制备乙炔是目前乙炔主要的制备方法之一，随着天然气原料的开采、使用技术的成熟，天然气部分氧化制乙炔的技术得到广泛关注。天然气部分氧化制备乙炔的方法，是通过将天然气和氧气分别预热至600-650℃，在反应器的混合区进行充分混合，然后经过预混的扩散器进行反应器的反应区进行反应，并在反应后用一种水或渣油作急冷介质迅速急冷低于300℃的温度。在混合区中，天然气和氧气需要实现快速混合，确保气体流速大于火焰传播速度，防止反应室内的火焰发生回火返回至混合区。目前，国内乙炔裂解的核心设备-乙炔炉，多采用多管立式炉，其乙炔炉的混合器装置包括顶部的氧气进口，中部的天然气进口，底部的混合气喷口，随着混合器装置流通截面积的放大，两种气体混合效果会有所下降，只能达到98％，同时混合所需的时间增加，不利于乙炔炉的安全、稳定运行。专利CN1951885A和CN1951884A公开了两种用于乙炔炉的混合器装置。CN1951884A中的两入口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旋流片，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，天然气喷嘴上端内侧圆周均匀设置与氧气旋流片旋流方向相反的天然气旋流片，气体混合效果增强，混均度达到99.97％。专利CN1951885A则增加了天然气进口滤网中部位置处的圆周上设置的通孔经连通管与漩涡器圆周上设置的通孔连接的结构，形成三入口混合器，混合效果增强。专利CN105879806A公开的烃部分氧化制备乙炔和合成气的大型反应器中，在混合区设置有旋流器和侧向进气栅，烃和氧气中的一股通过旋流器，另一股通过侧向进气栅，然后两股气流在混合区充分均匀混合。由于天然气侧向进气存在气体流速不均，不同混合位置，天然气和氧气混合效果会有较大影响，如何保证在最短时间内实现天然气和氧气的充分混合是本专利技术要解决的重要问题。专利DE4422815中提到用氧通过烃的部分氧化制备乙炔和合成气的设备，具有一个混合室，一个具有管道可连通骤冷室的燃烧器区段，其中燃烧器区段的管道是用穿孔的板覆盖进口端。其中混合器的作用是使烃和氧气充分和快速混合，但是该专利没有公开混合器的具体结构和实现方法。专利CN105879806A中提到一种烃部分氧化乙炔和合成气的大型反应器，其中包括混合区，即用于烃与氧气混合。其特征在于在混合区设置有旋流器和侧向进气栅，烃和氧气中的一股通过旋流器，另外一股通过进气栅，然后两股气流进行混合。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器，它在毫秒数量级的时间内实现天然气和氧气的混均度，从而提高乙炔产量。本专利技术旨在通过结合计算流体力学和工程实验，寻找最佳的流体混合角度和方式，简化混合装置的复杂结构，实现高温气体快速高效混合，满足乙炔合成的气体混合条件。天然气切向进料能保证最大的气速，与氧气形成的反向旋流相对速度最大，能达到最佳的混均效果。本专利技术在一个方面提供了一种与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器，包括第一进气口、第二进气口、套管、中心锥管和旋流翼片；所述第一进气口设置在筒状结构的壳体的一个端口上，第二进气口与壳体的筒壁连通；所述壳体内沿筒体高度方向设置有套管和中心锥管，所述套管为两端开口的圆管，所述中心锥管是上端为圆筒、下端为圆锥的顶端开口结构；中心锥管嵌套于套管内；套管的外径与壳体的内径之间的空隙形成第一环隙；中心锥管的外径与套管的内径之间的空隙形成第二环隙；所述第一进气口经多个直径小于第二环隙宽度的细管与所述第二环隙连通；第一环隙经所述多个细管之间的空隙与中心锥管顶部连通；所述套管和中心锥管的侧壁上均设置有条形孔，条形孔的长边设置在套管圆周和中心锥管圆周的高度方向；所述中心锥管的外壁固定有旋流翼片，所述旋流翼片为沿中心锥管圆柱部分的外壁从上向下螺旋设置的片状结构；所述条形孔在管壁高度上的开孔方向与所在位置的旋流翼片的螺旋方向相反。本专利技术的核心目的是实现两种进气在壳体内的快速、高均匀度混合，因此，对混合器的结构进行全新设计和改进，使两种气体首先进入壳体中的不同区域或通道，再通过通道上设置的变流向结构(比如旋流翼片)和通道间设置的变流向通孔(条形孔)来进行不同区域或通道内气体的相互流动，以实现最大的混匀度，且降低混合时间。本专利技术通过在壳体中设置直径不同的套管和中心锥管(壳体、套管、中心锥管依次嵌套)，将壳体分成不同的隔离空间，壳体与套管之间的空隙为第一环隙、套管与中心锥管之间的空隙为第二环隙，然后在设计进气口时，使两种进气分别进入不同的环隙，同时设计两个环隙之间的连通路径(即两种气体混合的通道)：第一环隙中的气体通过两个途径连通第二环隙：一是通过套管顶部的细管间隙进人中心锥管，再经中心锥管上的条形孔进入第二环隙；二是通过套管管壁上的条形孔直接进入第二环隙；第二环隙中的气体通过套管上的条形孔进入第一环隙，还可以通过中心锥管上的条形孔进入中心锥管与中心锥管中的气体混合，当然，本专利技术的设计目标是使第一进气直接进入第二环隙中，第二进气进入第一环隙，然后从第一环隙经两种路径进入到第二环隙中与第二环隙中的第一气体混合，第二环隙是两种气体混合的主要区域，因此，还在第二环隙中设置了旋流翼片，改变经第一进气口进入的第一气体的流动方向。本专利技术设计实现了经第一进气口进入的第一气体在第二环隙中被旋流翼片改变方向，该改变后的方向与经第二进气口进入第一环隙并从两个不同途径到达第二环隙(一路先经套管上部的细管之间的空隙进入中心锥管，然后从中心锥管的条形孔逸出至第二环隙中；另一路直接从套管上的条形孔到达第二环隙中)的第二气体的方向相反，实现两种气体的高混匀度混合。旋流翼片是在中心锥管的高度方向，绕中心锥管外壁从上向下顺时针和/或逆时针螺旋，以引导从细管进入的第一气体在第二环隙中形成轴向转动；条形孔开设在套管或中心锥管的圆周壁上，且条形孔的长边设置在圆周的高度方向，在圆周壁有一定厚度的前提下，条形孔的开孔具有方向性，且这种方向与所在位置的旋流翼片的螺旋方向相反，首先，方向是指孔壁与所在开孔点的径向线之间存在较大角度值的夹角，结合条形孔的长边在筒壁的高度方向，以使经条形孔进出的气体经孔壁导向，具有相切于套管或中心锥管圆周的方向性，即气体气流绕圆周旋转流动，这与经旋流翼片导向后绕中心锥管螺旋流动的第一气体存在反向逆流混合的可能性(当孔壁与所在开孔点的径向线之间的夹角为0°时，通过条形孔的气体气流的方向是套管或中心锥管圆周所在圆心方向，因为套管或中心锥管是同一圆心，所以圆心方向是一致的，这种径向气流与经旋流翼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器，其特征在于，包括第一进气口（1）、第二进气口（4）、套管（2）、中心锥管（5）和旋流翼片（6）；/n所述第一进气口（1）设置在筒状结构的壳体（3）的一个端口上，第二进气口（4）与壳体（3）的筒壁连通；/n所述壳体（3）内沿筒体高度方向设置有套管（2）和中心锥管（5），所述套管为两端开口的圆管，所述中心锥管（5）是上端为圆筒、下端为圆锥的顶端开口结构；中心锥管（5）嵌套于套管（2）内；套管（2）的外径与壳体（3）的内径之间的空隙形成第一环隙；中心锥管（5）的外径与套管（2）的内径之间的空隙形成第二环隙；/n所述第一进气口（1）经多个直径小于第二环隙宽度的细管（7）与所述第二环隙连通；/n第一环隙经所述多个细管（7）之间的空隙与中心锥管（5）顶部连通；/n所述套管（2）和中心锥管（5）的侧壁上均设置有条形孔，所述条形孔的长边设置在套管（2）和中心锥管（5）圆周的高度方向；/n所述中心锥管（5）的外壁固定有旋流翼片（6），所述旋流翼片（5）为沿中心锥管（5）圆柱部分的外壁从上向下螺旋设置的片状结构；/n所述条形孔在管壁高度上的开孔方向与所在位置的旋流翼片（5）的螺旋方向相反。/n...

【技术特征摘要】
1.一种与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器，其特征在于，包括第一进气口（1）、第二进气口（4）、套管（2）、中心锥管（5）和旋流翼片（6）；
所述第一进气口（1）设置在筒状结构的壳体（3）的一个端口上，第二进气口（4）与壳体（3）的筒壁连通；
所述壳体（3）内沿筒体高度方向设置有套管（2）和中心锥管（5），所述套管为两端开口的圆管，所述中心锥管（5）是上端为圆筒、下端为圆锥的顶端开口结构；中心锥管（5）嵌套于套管（2）内；套管（2）的外径与壳体（3）的内径之间的空隙形成第一环隙；中心锥管（5）的外径与套管（2）的内径之间的空隙形成第二环隙；
所述第一进气口（1）经多个直径小于第二环隙宽度的细管（7）与所述第二环隙连通；
第一环隙经所述多个细管（7）之间的空隙与中心锥管（5）顶部连通；
所述套管（2）和中心锥管（5）的侧壁上均设置有条形孔，所述条形孔的长边设置在套管（2）和中心锥管（5）圆周的高度方向；
所述中心锥管（5）的外壁固定有旋流翼片（6），所述旋流翼片（5）为沿中心锥管（5）圆柱部分的外壁从上向下螺旋设置的片状结构；
所述条形孔在管壁高度上的开孔方向与所在位置的旋流翼片（5）的螺旋方向相反。


2.如权利要求1所述的与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器，其特征在于，所述中心锥管（5）上的条形孔尺寸为长×宽：（4~12）×（2~3）mm，所述套管（2）上的条形孔尺寸为长×宽：（20~32）×（2~3）mm。


3.如权利要求1所述的与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器，其特征在于，
所述条形孔在管壁上的开孔角度为：开孔点与所在套管（2）或中心锥管（5）圆心的连线与孔壁之间的夹角为30~60°；
所述中心（5）锥管和套管（2）的管壁厚度为6~10mm，或者所述中心锥管（5）的管壁厚度为中心椎管管壁上条形孔宽度的1.5~3倍、套管（2）的管壁厚度为套管管壁上条形孔宽度的1.5~3倍。


4.如权利要求1所述的与乙炔炉配套的气体切向旋流混合器，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金福，唐强，
申请(专利权)人：王金福，
类型：发明
国别省市：北京;11