烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器，包括混合區(qū)、反應(yīng)區(qū)和淬冷區(qū)。在混合區(qū)，設(shè)置有旋流器和側(cè)向進(jìn)氣柵，烴和氧氣中的一股通過旋流器，另一股通過側(cè)向進(jìn)氣柵，然后兩股氣流在混合區(qū)充分均勻混合，烴和氧氣的混勻度達(dá)到99.9％。在反應(yīng)區(qū)，設(shè)置燒嘴板和布置于燒嘴板上的燒嘴，混合氣體通過燒嘴噴進(jìn)反應(yīng)區(qū)發(fā)生部分氧化反應(yīng)。在淬冷區(qū)，設(shè)置內(nèi)置構(gòu)件實(shí)現(xiàn)冷壁操作，在內(nèi)置構(gòu)件外壁設(shè)置淬冷噴嘴，縮短裂解氣淬冷所需淬冷介質(zhì)噴射射程，保證對(duì)裂解氣的淬冷效果，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器生產(chǎn)能力達(dá)3萬噸/年以上。
【專利說明】
烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種乙炔反應(yīng)器裝置，尤其涉及一種烴部分氧化制乙炔的大型反應(yīng)器裝置，屬于化工領(lǐng)域，尤其天然氣化工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]乙炔是最簡(jiǎn)單的炔烴，是一種重要的化工原料，用于制取醋酸、醋酸乙烯、乙烯基乙炔、丙烯酸、丁二烯、I，4_丁二醇等一系列化工產(chǎn)品，亦作為合成橡膠、合成纖維和塑料等材料的單體。作為烴類部分氧化制乙炔的代表，天然氣部分氧化制乙炔聯(lián)產(chǎn)合成氣能夠高效利用天然氣、頁巖氣和煤層氣等資源，是一條具有良好經(jīng)濟(jì)性的天然氣化工技術(shù)。近年來，隨著頁巖氣等資源的高效開采，天然氣化工有了豐富的原料保障，天然氣部分氧化制乙炔技術(shù)受到廣泛關(guān)注。
[0003]天然氣在乙炔爐反應(yīng)器中發(fā)生部分氧化過程，得到乙炔和合成氣。天然氣部分氧化制乙炔具有能耗低、污染小等優(yōu)點(diǎn)，是歐美國(guó)家制乙炔的主要方法。我國(guó)乙炔產(chǎn)業(yè)仍以電石法為主，存在耗水量大、污染嚴(yán)重等不足。目前國(guó)內(nèi)部分氧化制乙炔技術(shù)主要以國(guó)外引進(jìn)為主，其乙炔爐均為生產(chǎn)能力7500t/a的多管立式爐，單體產(chǎn)能小，總產(chǎn)能也小。隨著我國(guó)天然氣化工的快速發(fā)展，天然氣部分氧化制乙炔反應(yīng)器的大型化是一個(gè)重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明人經(jīng)研究分析總結(jié)認(rèn)為，制約烴部分氧化制備乙炔和合成氣反應(yīng)器大型化的因素主要有兩個(gè):一是混合器中氧氣和烴的混勻度，當(dāng)乙炔產(chǎn)能增加時(shí)，氧氣和烴通過混合器后的混勻度會(huì)有所下降，影響反應(yīng)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。二是裂解氣的淬冷效果，當(dāng)乙炔產(chǎn)能增加時(shí)，裂解氣的氣量增大，淬冷噴嘴的有效射程下降，淬冷效果變差，影響乙炔收率。
[0005]因此，發(fā)明人考慮通過改善乙炔反應(yīng)器反應(yīng)氣的混勻度和裂解氣的淬冷效果來提高單臺(tái)乙炔反應(yīng)器的產(chǎn)能。
[0006]混合器和淬冷段是影響乙炔反應(yīng)器放大的兩大因素，本大型乙炔反應(yīng)器設(shè)計(jì)中分別針對(duì)混合器和淬冷段建立可靠的實(shí)驗(yàn)和理論研究方法，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)乙炔反應(yīng)器反應(yīng)氣的混勻度和裂解氣的淬冷效果進(jìn)行了系統(tǒng)研究，得到本發(fā)明的烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器。
[0007]本發(fā)明提供了一種烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器，混合器設(shè)計(jì)強(qiáng)化氧氣和烴的混合，保證氧氣和烴的混勻度；以及淬冷段設(shè)置內(nèi)置構(gòu)件，多個(gè)淬冷噴嘴相向噴出液滴狀淬冷介質(zhì)與裂解氣接觸，縮短裂解氣淬冷所需噴嘴射程，保證對(duì)裂解氣的淬冷效果，提高烴部分氧化制備乙炔和合成氣反應(yīng)器產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器大型化。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器，包括:混合區(qū)，具有烴進(jìn)口和氧氣進(jìn)口，用于分別通入烴和氧氣，烴和氧氣實(shí)現(xiàn)均勻混合；反應(yīng)區(qū)，烴和氧氣的混合器在該區(qū)發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成包含乙炔和合成氣的裂解氣;淬冷區(qū)，通過噴入淬冷介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)裂解氣的快速淬冷;其特征在于:在混合區(qū)，設(shè)置有旋流器和側(cè)向進(jìn)氣柵，烴和氧氣中的一股通過旋流器，另一股通過側(cè)向進(jìn)氣柵，然后兩股氣流混合;在淬冷區(qū)設(shè)置內(nèi)置構(gòu)件，用于減小裂解氣快速淬冷所需淬冷噴嘴射程，使單臺(tái)反應(yīng)器生產(chǎn)能力達(dá)3萬噸/年以上。
[0009]進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大型反應(yīng)器還包括燒嘴板，用于將混合區(qū)混勻后的烴和氧氣通過燒嘴噴入反應(yīng)區(qū)，其中燒嘴內(nèi)壁設(shè)置有螺紋，螺紋為方形螺紋，螺紋深度為四分之一至二分之一壁厚，螺槽寬度為螺紋深度的I?3倍，螺紋與垂線的夾角10?30°。
[0010]進(jìn)一步地，燒嘴在燒嘴板上可以布置為多排，相鄰排的燒嘴內(nèi)壁螺紋方向相反，燒嘴之間填充有隔熱材料。
[0011]進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大型反應(yīng)器，其中內(nèi)置構(gòu)件通過冷卻介質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷壁操作，內(nèi)置構(gòu)件外壁設(shè)淬冷介質(zhì)噴嘴，內(nèi)置構(gòu)件的橫截面形狀和反應(yīng)器的橫截面形狀同為圓形或正六邊形，內(nèi)置構(gòu)件的兩端為類椎體形狀，內(nèi)置構(gòu)件的橫截面對(duì)向距離為反應(yīng)室對(duì)向距離的三分之一到三分之二。
[0012]進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大型反應(yīng)器，旋流器包含有均勻布置的導(dǎo)流翼片，導(dǎo)流翼片個(gè)數(shù)為3、4或6個(gè)，導(dǎo)流翼片傾角10?45°。
[0013]進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大型反應(yīng)器，側(cè)向進(jìn)氣柵是通過對(duì)圓筒開縫制成，沿圓筒周向均勻布置有多個(gè)柵縫，柵縫延長(zhǎng)方向?yàn)閳A筒的軸向，柵縫的開縫方向與開縫點(diǎn)與圓筒中心連線成確定角度，沿側(cè)向進(jìn)氣柵的軸向布置多組柵縫，以及相鄰組的柵縫之間開縫方向相反。
[0014]進(jìn)一步地，大型反應(yīng)器還可以包括:多個(gè)燒嘴，用于向反應(yīng)區(qū)噴射所述共混混合物，其中燒嘴內(nèi)壁設(shè)置有螺紋。
[0015]進(jìn)一步地，燒嘴可以布置為多排，以及相鄰排的噴嘴螺紋方向相反。
[0016]進(jìn)一步地，燒嘴之間可以填充有隔熱材料。
[0017]進(jìn)一步地，可以在內(nèi)置構(gòu)件上設(shè)置有用于冷卻內(nèi)置構(gòu)件的冷卻裝置。
[0018]進(jìn)一步地，內(nèi)置構(gòu)件的橫截面形狀和反應(yīng)器的橫截面形狀可以同為圓形或正六邊形。
[0019]進(jìn)一步地，內(nèi)置構(gòu)件的兩端可以為類椎體形狀。
[0020]進(jìn)一步地，旋流器可以包含有均勻布置的導(dǎo)流翼片。
[0021]進(jìn)一步地，側(cè)向進(jìn)氣柵是通過對(duì)圓筒開縫制成，沿圓筒周向均勻布置有多個(gè)狹縫，狹縫延長(zhǎng)方向?yàn)閳A筒的軸向，狹縫的開縫方向與開縫點(diǎn)與圓筒中心連線成確定角度。
[0022]進(jìn)一步地，可以沿側(cè)向進(jìn)氣柵的軸向布置多組柵縫，以及相鄰組的柵縫之間開縫方向可以相反。
[0023]進(jìn)一步地，導(dǎo)流翼片(3)個(gè)數(shù)可以為3、4或6個(gè)，導(dǎo)流翼片(3)傾角10?45°。
[0024]進(jìn)一步地，螺紋可以為方形螺紋，螺紋深度可以為四分之一至二分之一壁厚，螺槽寬度為螺紋深度的I?3倍，螺紋與垂線的夾角10?30°。
[0025]進(jìn)一步地，內(nèi)置構(gòu)件的橫截面對(duì)向距離可以為反應(yīng)室對(duì)向距離的三分之一到三分之二。
[0026]進(jìn)一步地，內(nèi)置構(gòu)件上下段可以分別為六棱錐，棱與底面的夾角60?80°。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種烴部分氧化制乙炔的大型反應(yīng)器，可以包括:混合區(qū)，包括混合器(5)、強(qiáng)混段(8)和擴(kuò)散段(9)，混合器(5)具有氧氣進(jìn)口(I)和烴進(jìn)口(2)，烴和氧氣在混合區(qū)混合，得到共混混合物;反應(yīng)區(qū)，布置有燒嘴(11)和反應(yīng)室(15)，燒嘴將來自混合區(qū)的共混混合物噴入反應(yīng)室(15);淬冷區(qū)，具有淬冷介質(zhì)噴嘴，用于噴入冷卻介質(zhì)對(duì)離開反應(yīng)區(qū)進(jìn)入淬冷區(qū)的裂解氣進(jìn)行冷卻；其特征在于，混合器中設(shè)置有旋流器和側(cè)向進(jìn)氣柵，通入氧氣進(jìn)口(I)的氧氣和通入烴進(jìn)口(2)的烴中的一股進(jìn)氣通過旋流器后進(jìn)入混合器，另一股進(jìn)氣通過側(cè)向進(jìn)氣柵后進(jìn)入混合器，在淬冷區(qū)中心設(shè)置有用于減小淬冷所需噴嘴射程的內(nèi)置構(gòu)件。
[0028]根據(jù)本發(fā)明另一方面，一種烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器可以包括:混合區(qū)，具有烴進(jìn)口和氧氣進(jìn)口，用于分別通入烴和氧氣，并將二者混合，得到共混混合物;反應(yīng)區(qū)，共混混合物在其內(nèi)部分氧化，生成包含乙炔和合成氣的裂解氣:淬冷區(qū)，用于通過噴入冷卻介質(zhì)對(duì)離開反應(yīng)區(qū)的裂解氣進(jìn)行冷卻;其特征在于:在混合區(qū)，設(shè)置有旋流器和側(cè)向進(jìn)氣柵，烴和氧氣中的一股通過旋流器，另一股通過側(cè)向進(jìn)氣柵，之后出來的兩股氣流混合。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器，可以包括:混合區(qū)，具有烴進(jìn)口和氧氣進(jìn)口，用于分別通入烴和氧氣，并將二者混合，得到共混混合物;反應(yīng)區(qū)，共混混合物在其內(nèi)部分氧化，生成包含乙炔和合成氣的裂解氣:淬冷區(qū)，用于通過噴入冷卻介質(zhì)對(duì)離開反應(yīng)區(qū)的裂解氣進(jìn)行冷卻;其特征在于:在淬冷區(qū)中設(shè)置用于減小淬冷所需噴嘴射程的內(nèi)置構(gòu)件。
[0030]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器，在混合區(qū)，設(shè)置有旋流器和側(cè)向進(jìn)氣柵，烴和氧氣中的一股通過旋流器，另一股通過側(cè)向進(jìn)氣柵，然后兩股氣流混合，從而氧氣與烴類在混合器中混合效果得以強(qiáng)化，其在混合區(qū)出口混勻度能夠達(dá)到99.9%，保證乙炔反應(yīng)器在大產(chǎn)能下安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0031]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器，在淬冷區(qū)設(shè)置內(nèi)置構(gòu)件，與燒嘴板、反應(yīng)室和淬冷室同中心軸，用于減小裂解氣快速淬冷所需淬冷噴嘴射程，保證乙炔收率的前提下使單臺(tái)反應(yīng)器生產(chǎn)能力達(dá)3萬噸/年以上。
[0032]在優(yōu)選示例中，燒嘴板中燒嘴內(nèi)壁套有螺紋，從而產(chǎn)生旋流，能夠穩(wěn)定火焰，使反應(yīng)室降低返混趨近平推流，有利于提高乙炔收率。
[0033]本發(fā)明以烴做乙炔和合成氣反應(yīng)器原料氣，可以是C1-C4輕烴或它們的混合物，也可以是甲烷(濃度一般高于96%)。原料中可以含有其他非原料氣，如二氧化碳、氮?dú)饣蚨栊詺怏w等。本發(fā)明的烴部分氧化制備乙炔和合成氣反應(yīng)器所適用的氧氣絕不僅限于純氧氣，也可以是氧氣和其他非反應(yīng)氣體的混合氣體。
【附圖說明】
[0034]附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0035]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的烴部分氧化制備乙炔和合成氣反應(yīng)器結(jié)構(gòu)框圖。
[0036]圖2、本發(fā)明實(shí)施例的烴部分氧化制備乙炔和合成氣反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)向進(jìn)氣柵的橫截面的示意圖。
[0038]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的分組側(cè)向進(jìn)氣柵的排布示意圖。
[0039]1-氧氣進(jìn)口；2-烴進(jìn)口；3-氧氣導(dǎo)流翼片;4-旋流器;5-混合器;6-氧氣噴管;7-側(cè)向進(jìn)氣柵;8-強(qiáng)混段;9-擴(kuò)散段；10-內(nèi)置構(gòu)件；11-燒嘴；12-燒嘴板；13-冷卻介質(zhì)入口 ； 14-冷卻介質(zhì)出口 ； 15-反應(yīng)室；16-淬冷介質(zhì)噴嘴；17-淬冷介質(zhì)入口 ； 18-淬冷室；19-裂解氣出口 ； 20-人孔;21-淬冷介質(zhì)出口 ； 100-混合區(qū)；200-反應(yīng)區(qū)；300-淬冷區(qū)；110-烴或氧氣中的一股的進(jìn)口 ； 120-烴或氧氣中的另一股的進(jìn)口； 310-內(nèi)置構(gòu)件;30-柵縫。
【具體實(shí)施方式】
[0040]將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。這里，需要注意的是，在附圖中，將相同的附圖標(biāo)記賦予基本上具有相同或類似結(jié)構(gòu)和功能的組成部分，并且將省略關(guān)于它們的重復(fù)描述。
[0041]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)框圖。
[0042]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器包括:混合區(qū)100、反應(yīng)區(qū)200、淬冷區(qū)300。
[0043]混合區(qū)100具有烴進(jìn)口和氧氣進(jìn)口，用于分別通入烴和氧氣，烴和氧氣實(shí)現(xiàn)均勻混合，混合氣進(jìn)入反應(yīng)區(qū)200。反應(yīng)區(qū)200中，烴和氧氣的混合氣發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成包含乙炔和合成氣的裂解氣，裂解氣通入淬冷區(qū)300。淬冷區(qū)300，通過噴入淬冷介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)裂解氣的快速淬冷。
[0044]在混合區(qū)100中，設(shè)置有旋流器110和側(cè)向進(jìn)氣柵120，烴和氧氣中的一股通過旋流器110，另一股通過側(cè)向進(jìn)氣柵120，然后兩股氣流混合。
[0045]在淬冷區(qū)300設(shè)置有內(nèi)置構(gòu)件310，用于減小裂解氣快速淬冷所需淬冷噴嘴射程。
[0046]旋流器110使得進(jìn)入的烴或氧氣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流排出。側(cè)向進(jìn)氣柵120優(yōu)選為多個(gè)，通過多個(gè)進(jìn)氣柵，進(jìn)入的一股氣體被分為多股，使得進(jìn)入的氣體迅速擴(kuò)散。從旋流器出來的一股氣體與從側(cè)向進(jìn)氣柵出來的多股氣體混合，從而改善烴和氧氣的混合均勻度。
[0047]在淬冷區(qū)300設(shè)置有內(nèi)置構(gòu)件310，用于減小裂解氣快速淬冷所需淬冷噴嘴射程。在淬冷區(qū)300，噴入淬冷介質(zhì)，以冷卻從反應(yīng)區(qū)200噴入的裂解氣，通常裂解氣是沿中軸方向噴入的，淬冷介質(zhì)是從淬冷區(qū)300外壁設(shè)置的噴嘴向中心噴入的，且噴出的淬冷介質(zhì)優(yōu)選呈均勻液滴狀，以使得裂解氣與淬冷介質(zhì)的液滴均勻接觸。在反應(yīng)器大型化時(shí)，裂解氣流量增大，單憑加大冷卻介質(zhì)噴嘴射程難以實(shí)現(xiàn)液滴在大氣流裂解氣中均勻分散，這構(gòu)成了反應(yīng)器大型化的障礙。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大型反應(yīng)器，在淬冷區(qū)的中心區(qū)域設(shè)置內(nèi)置構(gòu)件310，使得裂解氣從內(nèi)置構(gòu)件310的外側(cè)噴入淬冷區(qū)300，這縮短了淬冷介質(zhì)從噴出到接觸裂解氣的射程，從而裂解氣能夠盡快接觸到從淬冷區(qū)外壁設(shè)置的噴嘴噴入的淬冷介質(zhì)，保證對(duì)裂解氣的淬冷效果，以提高烴部分氧化制備乙炔和合成氣反應(yīng)器產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器大型化。
[0048]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器，能夠使單臺(tái)反應(yīng)器生產(chǎn)能力達(dá)3萬噸/年以上，在現(xiàn)有7500噸/年至1.5萬噸/年基礎(chǔ)上得到大幅提升。
[0049]進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大型反應(yīng)器還可以包括燒嘴板，用于將混合區(qū)混勻后的烴和氧氣通過燒嘴噴入反應(yīng)區(qū)。燒嘴內(nèi)壁可以設(shè)置有螺紋，螺紋可以為方形螺紋，螺紋深度優(yōu)選為四分之一至二分之一壁厚，螺槽寬度優(yōu)選為螺紋深度的I?3倍，螺紋與垂線的夾角優(yōu)選為10?30°。燒嘴內(nèi)壁設(shè)置有螺紋產(chǎn)生旋流，可穩(wěn)定火焰，使反應(yīng)室降低返混趨近平推流，提高乙炔收率。
[0050]進(jìn)一步地，燒嘴在燒嘴板上可以布置為多排，相鄰排的燒嘴內(nèi)壁螺紋方向相反，燒嘴之間填充有隔熱材料。相鄰排的燒嘴內(nèi)壁螺紋方向相反能夠進(jìn)一步增強(qiáng)旋流效果，穩(wěn)定火焰，使反應(yīng)室降低返混趨近平推流，提高乙炔收率。
[0051]進(jìn)一步地，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的大型反應(yīng)器，內(nèi)置構(gòu)件可以通過冷卻介質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷壁操作，內(nèi)置構(gòu)件外壁設(shè)淬冷介質(zhì)噴嘴，內(nèi)置構(gòu)件的橫截面形狀和反應(yīng)器的橫截面形狀同為圓形或正六邊形，內(nèi)置構(gòu)件的兩端為類椎體形狀，降低裂解氣通過時(shí)的阻力，引導(dǎo)裂解氣流向淬冷區(qū)，內(nèi)置構(gòu)件的橫截面對(duì)向距離優(yōu)選為反應(yīng)室對(duì)向距離的三分之一到三分之二。內(nèi)置構(gòu)件上下段可以分別為六棱錐，棱與底面的夾角60?80°。
[0052]在一個(gè)示例中，旋流器包含有均勻布置的導(dǎo)流翼片，導(dǎo)流翼片個(gè)數(shù)為3、4或6個(gè)，導(dǎo)流翼片傾角10?45°。
[0053]在一個(gè)示例中，側(cè)向進(jìn)氣柵是通過對(duì)圓筒開縫制成，沿圓筒周向均勻布置有多個(gè)柵縫，柵縫延長(zhǎng)方向?yàn)閳A筒的軸向，圓筒的軸向與反應(yīng)器軸向相同。柵縫的開縫方向和開縫點(diǎn)與圓筒中心連線成確定角度(非零的角度)，有利于增強(qiáng)旋流效果。沿側(cè)向進(jìn)氣柵的軸向布置多組柵縫，以及相鄰組的柵縫之間開縫方向相反，有利于增強(qiáng)烴和氧氣之間的均勻混入口 ο
[0054]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0055]混合區(qū)包括與氧氣進(jìn)口 I和烴進(jìn)口 2相連接的混合器5，與混合器5下端相連接的強(qiáng)混段8和擴(kuò)散段9，混合器5包括與氧氣進(jìn)口 I相連接的氧氣噴管6，在氧氣噴管6內(nèi)由旋流器定位片連接定位的旋流器4，在旋流器4下部均勻固定的氧氣導(dǎo)流翼片3，與烴進(jìn)口 2相連接的側(cè)向進(jìn)氣柵7。
[0056]反應(yīng)區(qū)包括與擴(kuò)散段9下端相連接的燒嘴11和燒嘴板12，與燒嘴板12相連接的冷卻介質(zhì)入口 13、冷卻介質(zhì)出口 14及反應(yīng)室15。
[0057]淬冷區(qū)包括與淬冷介質(zhì)入口17相連接的淬冷介質(zhì)噴嘴16，與反應(yīng)室15下端、裂解氣出口 19、淬冷介質(zhì)出口 21和人孔20相連接的淬冷室18，與燒嘴板12、反應(yīng)室15和淬冷室18同中心軸的內(nèi)置構(gòu)件10。
[0058]在混合區(qū)，氧氣從氧氣進(jìn)口I進(jìn)入氧氣噴管6，經(jīng)過旋流器4，6個(gè)傾角為30°的氧氣導(dǎo)流翼片3，進(jìn)入混合器5;烴從烴進(jìn)口 2進(jìn)入，通過2組側(cè)向進(jìn)氣柵7，每組進(jìn)氣柵有8個(gè)柵縫，進(jìn)氣柵用圓筒開縫制成，柵縫的開縫方向與開縫點(diǎn)與圓筒中心連線成10°，相鄰組的柵縫之間開縫方向相反;兩股氣體在混合區(qū)充分均勻混合，經(jīng)過強(qiáng)混段8和擴(kuò)散段9，烴和氧氣的混勻度達(dá)到99.9%。
[0059]圖3給出了圓筒上開縫的進(jìn)氣柵7的橫截面示意圖，其中開有6個(gè)柵縫30，開縫點(diǎn)S與圓筒中心O的連線與柵縫的開縫方向成0-15°。
[0060]圖4示出了多組進(jìn)氣柵的示意圖，圖中示意了沿圓筒軸向布置有第一組進(jìn)氣柵、第二組進(jìn)氣柵、第三組進(jìn)氣柵，每組進(jìn)氣柵中的柵格30沿圓筒軸向排列。
[0061]混合均勻后的烴和氧氣通過燒嘴板12上的燒嘴11螺旋噴入反應(yīng)區(qū)，近似平推在反應(yīng)區(qū)內(nèi)發(fā)生毫秒級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)溫度為1500°C;燒嘴板12上燒嘴11呈多排分布，燒嘴11之間填充隔熱材料，燒嘴內(nèi)壁套螺紋，相鄰排燒嘴內(nèi)壁所套螺紋方向相反。燒嘴板12上燒嘴11內(nèi)徑20毫米，長(zhǎng)度200毫米，壁厚2毫米，燒嘴11內(nèi)壁加工方形螺紋，螺紋深度為二分之一壁厚，螺頭寬度與螺紋深度相當(dāng)，螺槽寬度為螺紋深度的2倍，螺紋與垂線的夾角30°。內(nèi)置構(gòu)件10中段為正六邊體，六邊體橫向厚度為反應(yīng)室厚度的二分之一，上、下段分別為六棱錐，棱與底面的夾角60°，與燒嘴板12和反應(yīng)室15同中心軸。
[0062]反應(yīng)后裂解氣進(jìn)入淬冷區(qū)被淬冷介質(zhì)噴射急冷降溫，內(nèi)置構(gòu)件10與燒嘴板共用冷卻水入口 13，通入冷卻水實(shí)現(xiàn)冷壁操作，外壁設(shè)淬冷水噴嘴16，橫截面形狀和反應(yīng)器的橫截面形狀同為正六邊形，兩端為六棱錐，橫截面對(duì)向距離為反應(yīng)室對(duì)向距離的二分之一。在淬冷區(qū)設(shè)置用于減小淬冷所需噴嘴過程的內(nèi)置構(gòu)件10，可以使24個(gè)相對(duì)淬冷水噴嘴16噴出液滴狀淬冷水均勻不變向，可縮短冷卻水噴射距離，強(qiáng)化急冷效果，使反應(yīng)終止，避免乙炔過度裂解為碳黑和氫氣，保證裂解氣中高收率乙炔產(chǎn)物，然后通過溶劑吸收分離得到高純度乙炔和合成氣。
[0063]本實(shí)施例中烴部分氧化制備乙炔和合成氣反應(yīng)器用于工業(yè)生產(chǎn)中，可確保裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)將生產(chǎn)能力提高到3萬噸/年以上，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器大型化。
[0064]在上面詳細(xì)描述了本發(fā)明實(shí)施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種修改，組合或子組合，并且這樣的修改應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種經(jīng)部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器，包括: 混合區(qū)，具有烴進(jìn)口和氧氣進(jìn)口，用于分別通入烴和氧氣，烴和氧氣實(shí)現(xiàn)均勻混合； 反應(yīng)區(qū)，烴和氧氣的混合氣在該區(qū)發(fā)生部分氧化反應(yīng)，生成包含乙炔和合成氣的裂解氣； 淬冷區(qū)，通過噴入淬冷介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)裂解氣的快速淬冷； 其特征在于: 在混合區(qū)，設(shè)置有旋流器和側(cè)向進(jìn)氣柵，烴和氧氣中的一股通過旋流器，另一股通過側(cè)向進(jìn)氣柵，然后兩股氣流混合;在淬冷區(qū)設(shè)置內(nèi)置構(gòu)件，用于減小裂解氣快速淬冷所需淬冷噴嘴射程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的烴部分氧化制備乙炔和合成氣的大型反應(yīng)器，其特征在于，還包括燒嘴板以及排布在燒嘴板上的燒嘴，用于將混合區(qū)混勻后的烴和氧氣通過燒嘴噴入反應(yīng)區(qū)，其中燒嘴內(nèi)壁設(shè)置有螺紋。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒嘴，其特征在于，燒嘴內(nèi)壁螺紋為方形螺紋，螺紋深度為四分之一至二分之一壁厚，螺槽寬度為螺紋深度的I?3倍，螺紋與垂線的夾角10?30°。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燒嘴，其特征在于，燒嘴在燒嘴板上布置為多排，相鄰排的燒嘴內(nèi)壁螺紋方向相反，燒嘴之間填充有隔熱材料。5.根據(jù)權(quán)利要求1的大型反應(yīng)器，其特征在于，內(nèi)置構(gòu)件通過冷卻介質(zhì)實(shí)現(xiàn)冷壁操作，內(nèi)置構(gòu)件外壁設(shè)冷卻介質(zhì)噴嘴，內(nèi)置構(gòu)件的橫截面形狀和反應(yīng)器的橫截面形狀同為圓形或正六邊形，內(nèi)置構(gòu)件的兩端為類椎體形狀，內(nèi)置構(gòu)件的橫截面對(duì)向距離為反應(yīng)室對(duì)向距離的三分之一到三分之二。6.根據(jù)權(quán)利要求1到5任一項(xiàng)的大型反應(yīng)器，旋流器包含有均勻布置的導(dǎo)流翼片，導(dǎo)流翼片個(gè)數(shù)為3、4或6個(gè)，導(dǎo)流翼片傾角10?45°。7.根據(jù)權(quán)利要求1到5任一項(xiàng)的大型反應(yīng)器，其特征在于，側(cè)向進(jìn)氣柵是通過對(duì)圓筒開縫制成，沿圓筒周向均勻布置有多個(gè)柵縫，柵縫延長(zhǎng)方向?yàn)閳A筒的軸向，柵縫的開縫方向與開縫點(diǎn)與圓筒中心連線成確定角度，沿側(cè)向進(jìn)氣柵的軸向布置多組柵縫，以及相鄰組的柵縫之間開縫方向相反。8.根據(jù)權(quán)利要求1到5任一項(xiàng)的的大型反應(yīng)器，其特征在于，沿側(cè)向進(jìn)氣柵的軸向布置多組柵縫，以及相鄰組的柵縫之間開縫方向相反。9.根據(jù)權(quán)利要求1到5任一項(xiàng)的的大型反應(yīng)器，側(cè)向進(jìn)氣柵是通過對(duì)圓筒開縫制成，沿圓筒周向均勻布置有多個(gè)狹縫，狹縫延長(zhǎng)方向?yàn)閳A筒的軸向，狹縫的開縫方向與開縫點(diǎn)與圓筒中心連線成確定角度。10.根據(jù)權(quán)利要求2的大型反應(yīng)器，其特征在于，內(nèi)置構(gòu)件沿反應(yīng)器中軸布置，且兩端為類錐體形狀。
【文檔編號(hào)】C07C2/82GK105879806SQ201610415173
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】王金福, 唐強(qiáng), 靳輝
【申請(qǐng)人】北京凱瑞英科技有限公司