天然气部分燃烧旋焰乙炔炉制造技术

本实用新型专利技术属于烃类转化的设备。是一种天然气（甲烷）部分燃烧旋焰乙炔炉，由旋流混合器（１）、旋流组合烧嘴器（２）、反应道（３）、淬火装置（４）和刮炭装置（５）五个部分组成。它使用全金属材料制造，具有旋流烧嘴结构，燃烧火焰短，氧化热解效果好，乙炔产率高。（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于从含碳原子数较少的烃制备烃的设备，具体涉及天然气(甲烷)部分燃烧制备乙炔的设备。天然气(甲烷)部分燃烧法制备乙炔最关键的设备是氧化热解炉。现有的氧化热解炉有多种炉型结构，它们的共同特点是采用直流烧嘴的结构形式，其中最具代表性，应用最广的是德国巴登苯胺碱公司的BASF乙炔炉。我国四川维尼纶厂的天然气制乙炔装置，就是引进的BASF乙炔炉。图-1为BASF乙炔炉的结构示意图，它是混合器(a)、扩散区(b)、燃烧反应区(c)、淬冷区(d)和刮炭装置等几个部分组成。它的主要技术特征是天然气(甲烷)和氧气的混合采用引射式旋涡混合器；混合气体的燃烧反应通过喷涂有耐火层的多孔直流烧嘴板和正六边形反应道实现；反应裂化物流的淬冷由固定于反应区出口的三条环状喷水管向中心喷水进行；刮炭采用手动旋转敲打方式进行。BASF乙炔炉的多孔直流烧嘴，使天然气(甲烷)的燃烧火焰较长，紊流度较小，不利于乙炔的生成；直流烧嘴的孔径较小(≯φ25mm)，单炉能力的提高只能依赖于烧嘴数量的增加(最大单炉能力7500吨/年，乙炔炉有127个烧嘴，故称多管炉)；烧嘴过多会导致积炭量增大，既影响乙炔产率又给清焦带来困难；直流烧嘴的阻火能力小，容易造成炉子回火，烧坏扩散道。另外，由烧嘴配气孔排列所决定的正六边形反应道，使炉的制造加工难度大，而且在运行中难于实现刮炭自动化。本技术的目的在于针对BASF乙炔炉的上述不足，设计一种具有旋流烧嘴结构又便于制造加工、氧化热解效果好的旋焰乙炔炉。以下结合附图来说明本技术的旋焰乙炔炉结构。图-2为旋焰乙炔炉的总体结构示意图。在图-2，1-旋流混合器，2-旋流组合烧嘴器，3-反应道，4-淬火装置，5-刮炭装置；A-氧气进口，B-天然气(甲烷)进口，G-辅助气进口，D-反应道进水口，E-裂化气出口，F-刮刀进水口，G-淬火头进水口，H-反应道出水口，J-点火孔。本技术的旋焰乙炔炉为全金属结构，由旋流混合器(1)、旋流组合烧嘴器(2)、反应道(3)、淬火装置(4)和刮炭装置(5)五个部分组成。图-3为旋流混合器(1)的结构详图。在图-3中，I-分配挡板，II-分配孔，III-天然气旋涡器，IV氧化喷嘴，V-高速混合管，VI-扩散道；A-氧气导管，B-天然气(甲烷)导管，M-混合气体。将预热温度在600～650℃的天然气(甲烷)从天然气(甲烷)导管(B)引入，在流通断面经分配挡板(I)和分配孔(II)，使之均匀分配后进入环形断面，再经天然气(甲烷)旋涡器(III)旋出，与由氧气导管(A)引入并经氧气喷嘴(IV)的高速氧气在高速混合管(V)上段的混合点混合，混合气体以超音速的线速通过高速混合管，再经扩散道(VI)进入烧嘴。整个混合过程在数拾微秒之内完成。旋流混合器(1)的主要参数如下高速混合管气体流速300～800m/s高速混合管的长径比＞2天然气旋涡器外旋线水平升角＞25度，旋线数＞2扩散道锥角＞5度图-4为旋流组合烧嘴器(2)的结构详图。在图-2中，C-辅助氧进口，K-混合气体旋涡器，L-中心辅氧孔，M-混合气体。本技术的旋焰乙炔炉，采用多单元族流组合烧嘴器(本图例为七单元组合)，按正三角形排列组合，每个单元烧嘴包括混合气体旋涡器(K)和中心辅氧化孔(L)。混合气体经每个烧嘴的旋涡器(K)形成高速旋转气流导入反应道进行燃烧反应，辅助氧经每个烧嘴的中心辅氧孔导入反应道起稳定火焰的作用。旋流组合烧嘴器(2)的主要参数如下烧嘴直径(d)≤100mm；烧嘴间距＞1.2d混合气体旋涡器叶片数＞2混合气体旋涡器外旋线水平升角＞25度混合气体旋涡器出口旋流速度＞120m/s中心辅氧孔出口直流速度＞5m/s本技术旋焰乙炔炉的反应道(3)，采用全金属圆筒型水冷夹套结构，在高温内壁设有补偿器，以确保在高温条件下不变形；在反应道上端设有点火孔及视镜。反应道(3)的主要参数如下裂化气线速＞30m/s裂化气停留时间0.002～0.005秒本技术的旋焰乙炔炉的淬火装置(4)，采用在炉子中心垂直升降的多层水幕式喷头，由中心向外喷水淬火。根据反应过程的需要，自动、半自动或手动调整反应时间。本技术旋焰乙炔炉的刮炭装置(5)，采用环形水冷升降式手动、半自动或自动刮炭。本技术的旋焰乙炔炉，与现有的BASF乙炔炉相比，所采用的旋流混合器能有效地防止早期着火，从而保证了乙炔生产线运行的安全性和稳定性。所设计的多单元旋流组合烧嘴，能产生高速旋转气流，紊流度大而且火焰短，在天然气(甲烷)部分燃烧过程中能改善速度场和温度场的分布，创造更有利的传质传热条件，乙炔产率高；从旋流烧嘴中心导入辅氧，有利于火种的建立和反应火焰的稳定；同时强湍流的旋转气流在反应道内不容易产生回火现象，因而在烧嘴板面和反应道上端不结炭，也使热解付反应减少，有利于乙炔产率的提高。另外，旋流喷嘴的直径比BASF乙炔炉直流喷嘴大，具有提高单炉生产能力的潜力。实施例(以年产500吨乙炔的炉子为例) 天然气预热温度650℃燃烧反应温度1450℃燃烧反应停留时间0.0028秒总氧比0.57试验结果1.裂化气组成(VOl.％) 2、甲烷转化率88.9％3、乙炔产率31％4、裂化气干基体积增长率1.1635、裂化气湿基增长率1.5156、消耗定额(一吨乙炔)天然气5615标米3氧气3201标米3预热用燃料(天然气)450标米权利要求1.一种天然气部分燃烧旋焰乙炔炉，由旋流混合器(1)、旋流组合烧嘴器(2)、反应道(3)、淬火装置(4)和刮炭装置(5)五个部分组成，其特征在于所说的旋流组合烧嘴器(2)是多单元烧嘴按正三角形排列组合，每个单元烧嘴包括混合气体旋涡器(K)和中心辅氧孔(L)；烧嘴直径(d)≤100mm，烧嘴间距＞1.2d，混合气体旋涡器叶片数＞2个，混合气体旋涡器外旋线水平升角＞25度，混合气体旋涡器出口旋流速度＞120m/S，中心辅氧孔出口直流速度＞5m/s。2.按照权利要求1所述的天然气部分燃烧旋焰乙炔炉，其特征在于所说的旋流混合器(2)有氧气导管(A)、天然气导管(B)、分配挡板(I)、分配孔(II)、天然气旋涡器(III)、氧化喷嘴(IV)、高速混合管(V)和扩散道(VI)；高速混合管气体流速为300～800m/s，高速混合管的长径比＞2，天然气旋涡器外旋线水平升角＞25度，旋线数＞2，扩散道锥角＞5度。3.按照权利要求1所述的天然气部分燃烧旋焰乙炔炉，其特征在于所说的反应道(3)采用全金属圆筒型水冷夹套结构，在高湿内壁设有补偿器，在反应道上端设有点火孔和视镜；反应道内裂化气线速＞30m/s，裂化气停留时间为0.002～0.005秒。4.按照权利要求1所述的天然气部分燃烧旋焰乙炔炉，其特征在于所说的淬火装置(4)采用在炉子中心垂直升降的多层水幕式喷头，由中心向外围喷水淬火，自动、半自动或手动调整反应时间。5.按照权利要求1所述的天然气部分燃烧旋焰乙炔炉，其特征在于所说的刮炭装置(5)采用环形水冷升降式自动、半自动或手动刮炭。专利摘要本技术属于烃类转化的设备。是一种天然气(甲烷)部分燃烧旋焰乙炔炉，由旋流混合器(1)、旋流组合烧嘴器(2)、反应道(3)、淬火装置(4)和刮炭装置(5)五个部分组成。它使用全金属材料制造，具有旋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天然气部分燃烧旋焰乙炔炉，由旋流混合器（１）、旋流组合烧嘴器（２）、反应道（３）、淬火装置（４）和刮炭装置（５）五个部分组成，其特征在于所说的旋流组合烧嘴器（２）是多单元烧嘴按正三角形排列组合，每个单元烧嘴包括混合气体旋涡器（Ｋ）和中心辅氧孔（Ｌ）；烧嘴直径（ｄ）≤１００ｍｍ，烧嘴间距＞１．２ｄ，混合气体旋涡器叶片数＞２个，混合气体旋涡器外旋线水平升角＞２５度，混合气体旋涡器出口旋流速度＞１２０ｍ／ｓ，中心辅氧孔出口直流速度＞５ｍ／ｓ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王先忠，熊长华，曾凡盾，余惠文，冉蜀英，
申请(专利权)人：重庆市化工研究院，
类型：实用新型
国别省市：51[中国|四川]