CN103260737A - 制备乙炔和合成气的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过用氧气部分氧化烃而制备乙炔和合成气的方法，该方法包括首先将包括烃物流和含氧物流的起始气体分别预热，然后在混合区中混合，在流经燃烧器区段(1)后，使其在燃烧室(2)中反应，然后快速冷却，其中所述方法的特征在于所述燃烧室内壁被清洁气流(3)所覆盖，将所述清洁气流借助多个进料管线引入，并且所述进料管线各自在燃烧室内部的设计使得所施加的清洁气流的主流动向量的取向与通过燃烧器区段供入的气体的主流动方向的向量的取向偏离不大于10°的角度，并且进料管线在其排出开口处包括宽度为燃烧室直径的1/1000-3/100，优选1/500-1/100的通道，其中从通过燃烧器区段供入的气体的主流动方向来看在连续位置存在清洁气流的多阶段进料，其中对离开燃烧器区段的气流在清洁气流的进料管线的平面流经燃烧室可行的燃烧室的开口横截面近似恒定。

Description

制备乙炔和合成气的方法和装置
发明描述
本申请通过引用并入于2010年11月11日提交的美国临时申请61/412,415。
本发明涉及一种通过在反应器中部分氧化烃而制备乙炔和合成气的改进方法，其中将含烃料流和含氧料流供入所述反应器中；还涉及一种用于实施本发明方法的装置。
部分氧化烃的高温反应通常在由混合单元、燃烧器和骤冷单元构成的反应器系统中进行。
在高温范围内实施该部分氧化的一个实例是通过部分氧化烃而制备乙炔和合成气。这描述于例如DE875198、DE1051845、DE1057094和DE4422815中。
这些文献阐述了通常用于BASF-Sachsse-Bartholomé乙炔法中的混合器/燃烧器区段/燃烧空间/骤冷组合，在下文中，当指该组合时，简称为“反应器”。
在该方法中，将原料如天然气和氧气分开加热通常至高达600°C。在混合区中，使反应物强力混合，并在流经燃烧器区段之后进行放热反应。在这些情况下，燃烧器区段由特定数目的平行通道构成，其中可燃性氧气/天然气混合物的流速高于火焰速率(反应速率、转化速率)以防止火焰侵入混合空间。对金属燃烧器区段进行冷却以经受热应力。根据在混合空间中的停留时间，由于所述混合物的有限热稳定性，产生过早引燃和再次引燃的风险。此处，术语“引燃延迟时间”或“引发时间”用于指可燃混合物不经历任何显著内部热变化的时间。引发时间取决于所用的烃类型、混合状态、压力和温度。其决定了反应物在混合空间内的最大停留时间。反应物如烃、液化气或石油醚(由于合成方法中的提高的产率和/或能力，其使用特别合乎需要)的特征在于相对高的反应性，且因此具有短引发时间。
用于目前生产规模的乙炔燃烧器的特征在于其在燃烧空间中具有圆柱形几何形状。燃烧器区段优选具有六角形设置的通道孔。例如，在一个实施方案中，在直径约500mm的圆形基底横截面上以六角形设置有127个内径为27mm的孔。所用的通道直径通常为约19-27mm直径。其中使形成乙炔的部分氧化反应的火焰稳定的下游燃烧空间同样具有圆柱形横截面，水冷却且就外观而言对应于短管(例如直径为180-533mm且长度为380-450mm)。在燃烧空间侧上的燃烧器区段表面的高度处，将所谓的辅助氧气供入反应空间中。这保证了火焰稳定并因此保证火焰根部的限定距离和因此通过骤冷单元保证反应开始与反应终止的限定距离。由燃烧器区段和燃烧空间构成的整个燃烧器借助法兰悬挂于具有相对大横截面的骤冷容器的顶部。在燃烧空间的排出面高度处，在其圆周外侧将骤冷喷嘴安装在一个或多个骤冷分布器环中，所述环借助或不借助雾化介质将骤冷介质(例如水或油)雾化，并注入以与主流动方向近似呈直角地离开燃烧空间的反应气体中。该直接骤冷的任务是极其快速地将反应流冷却至约100°C(水骤冷)和200°C(油骤冷)，从而冻结进一步的反应，尤其是所形成的乙炔的分解。骤冷射流的范围和分布理想地使得在最短时间内实现基本均匀的热分布。
用于目前生产规模的乙炔燃烧器的特征在于燃烧空间的圆柱形几何形状。借助扩散器将原料预混并经由呈六角形设置的通道孔供入燃烧器区段中以避免反混。在已知方法中，将原料在具有相对大容积和高预热温度的混合扩散器中预混。
所述工业方法不仅形成乙炔，而且必不可少地形成氢气、一氧化碳和烟灰。在火焰前段形成的烟灰颗粒可作为核粘合至所述燃烧空间侧壁(燃烧空间内壁)，其然后导致焦炭层的生长、沉积和烧结(anbacken)，这对所述方法的效率产生不利影响。
在用油和水骤冷的现有生产方法中，这些沉积物通过在燃烧空间内壁区域中借助推料单元(stocherreinrichtung)机械清洁而定期清除。为此，必须对推料单元进行复杂控制(Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry，第5版，第A1卷，第97-144页)，此外，该机制的具体使用时间受到燃烧空间中的热应力的限制。
不乏避免在燃烧空间内壁上的焦炭层焙烧的缺点的尝试。例如，DE2307300的教导公开了在最高温度和骤冷位置之间的区域中向反应器中注入气态物质(权利要求1)。这旨在导致使所添加的气体与自由基发生反应，从而旨在减少焦炭的形成(说明书第8页第2段)。
DE3904330A1描述了一种通过热分解乙炔而制备乙炔黑的方法。在该方法(其明显不同于制备乙炔的方法(例如不存在部分氧化))中提及任选引入惰性气流。
DE1148229描述了一种操作热解室以处理烃的方法，其中提供用蒸汽清洁，并推测壁的冷却导致水幕(权利要求1)。没有给出与实施清洁的方式有关的进一步信息。所述方法并非部分氧化(POx)，所引入的清洁介质为液态水，且未提供氧化剂(例如氧气)与清洁介质的额外混合。此外，仅在所述热解室的轴向剖面的最多一个位置处注入清洁介质。
根据DE1250424的教导，公开了一种制备乙炔的方法，其中使蒸汽沿着内壁传导。然而，没有关于具体实施方案的进一步信息。此外，尽管在图3和4中公开了清洁料流的多平面(mehrstufige)进料，但这些方案在燃烧室高度以上的燃烧空间的自由横截面方面具有显著变化；从产物的流动方向来看，此时观测到显著变大。然而，这导致反应由于在燃烧空间的反混增强而不均匀，这降低了该方法的效率。此外，根据该教导将清洁介质过热至600-1000°C，这导致进料管线的材料稳定性方面的显著问题并提高供应成本。这额外为具有“裂化气”注入的分阶段燃烧的不同燃烧概念(不是根据BASF-Sachse-Bartholome的常规POx)。根据该方法，清洁流体速度超过反应器中平均烟道气速度，这可能导致两种物流之间的边界层不均匀且因此甚至导致焦炭颗粒吸至燃烧空间内壁。根据该教导，在工艺操作中燃烧空间壁具有约700°C的温度，这可同样导致材料稳定性/选择性方面的问题。
DE2007997描述了推测反应室内壁上的油膜如何防止结焦(第2页第1段)。然而，燃烧空间中的油膜自身就倾向于结焦。因此，由于该挑战，可排除含烃(矿物)油作为清洁介质。
然而，所引文献中所公开的防止或减少不希望的焦炭形成的方法就制备乙炔的方法的有效性而言是不令人满意的。例如，正如所述的那样，一些文献涉及条件完全不同且不具有适用性的其他反应。例如，本发明方法中的部分氧化就特性而言非常必须：停留时间起着特别主要的作用，反应的终止必须非常精确，且外来物质的添加(包括例如清洁气体或氧化剂)可使反应非常快速地进行(就其位置以及速率而言)，因此导致产率损失。
此外，通常就所要解决的技术问题而言，现有技术仅涉及工业构造的一般性描述。
此外，没有给出与流体动力学和反应技术有关且基于此可使清洁介质有效最少化且因此可使操作成本最低并优化产物收率的几何结构规格。
因此，本发明的目的是寻找一种部分氧化烃的改进方法，其以就工艺技术而言的简单方式抑制了在燃烧空间内壁上烧结和沉积的物料，从而无需机械清洁这些燃烧空间内壁，且因此无需借助经受高热应力且难以控制的机械推料单元定期清除。
因此，已发现了一种通过用氧气部分氧化烃而制备乙炔和合成气的方法，该方法包括首先分别预热包括含烃料流和含氧料流的起始气体，然后将其在混合区中混合，在其流经燃烧器区段后，使其在燃烧空间中反应，然后快速冷却产物，其中所述燃烧空间内壁被清洁气流所覆盖，将该清洁气流借助多个进料管线引入，并且这些进料管线各自在燃烧空间内部的构造使得所引入的清洁气流的主流动方向的向量的取向与通过燃烧器区段供应的气流的主流动方向的向量的取向偏离不大于10°的角度，并且进料管线在其排出开孔处具有燃烧空间直径的1/1000-3/100，优选1/500-1/100的开口宽度，其中就通过燃烧器区段供应的气流的主流动方向而言在连续点存在清洁气流的多平面供应，且对离开燃烧器区段的气流在清洁气流的进料管线的高度流经燃烧空间可行的燃烧空间的自由横截面近似恒定。
本发明方法可适用于通过部分氧化制备乙炔和/或合成气的公知方法中。合适的烃原料优选包括链烷烃、链烯烃、天然气、石油醚，及其与例如CO2、合成气的混合物。所述含氧气体可例如经由氧气或者包含氧气和例如CO2、H2O、N2和/或稀有气体的混合物提供。
图1显示了本发明燃烧器的细节。就本发明而言，燃烧空间(3)应理解为意指燃烧器区段(1)下游和骤冷单元(4)上游的管状装置部分(其横截面可例如为圆形、六角形或矩形)，其上游边界在一侧为具有燃烧器区段的排出孔的燃烧器端面。因此，燃烧空间内壁(2)描述了该组件的内表面，即面向反应体积的表面，根据本发明要避免在其上烟灰结焦和生长。
根据本发明，将为此使用的清洁气流经由例如在图1中所示的至少两个进料管线供应。就此重要的是清洁气流的流动方向基本对应于所添加的含烃料流或含氧料流。这例如在图1中图示：原料料流沿着从顶部向下近似垂直的方向流经燃烧空间(3)。尽管当然由于实际效果在某些边缘存在与该方向的偏离，但是该气流的主流动方向因此向下垂直取向，由向量(6)(下文为“向量1”)表示。通常而言，“主流动方向”就本发明而言应理解为意指通过组件的流动方向，其以整体来看在边界层以上显现，其在壁附近显著。本发明基本的特征在于优选供入清洁气流使得清洁气流的主流动方向的向量(5)和通过燃烧器区段供入燃烧空间的气流平行。清洁料流的向量(下文称为“向量2”)在这里还称为清洁介质的主流动方向，其中参考以上就术语“主流动”的描述。这两个对本发明而言重要的向量通过进料管线的排出孔的表面近似与向量1垂直，优选与该向量垂直设置而保证。正如已经描述的一样，在实际中观测到的不均匀性、不可避免的制造公差和其他现象可能引起所述气流的两股主流动的不完全平行(由向量1和2表示)。然而，即使在仅近似平行的情况下，可以在显著程度上观测到本发明的正面效果；根据本发明，当两个向量1和2之间的角度(7)小于最大10°，更优选小于5°时，优选存在近似平行；理想地，保证完全平行。
本发明方法的一个主要目的是使要引入的清洁料流量最小化，从而防止反应过早终止(这可降低乙炔产率)。此外，出于经济可行性的原因，应降低清洁介质的用量。同时，此处在防止在燃烧空间壁结焦中应保持高效率。为了获得该效果，应在整个燃烧空间内壁上保证基本均匀的清洁膜。设计方案的一个实例可参见图2。这再次显示了本发明装置的细节，显示了两个不同的部分。在该有效设计方案中，将清洁气流通过多个呈环形通道形式的进料管线(5)供入燃烧空间(2)，其沿着轴向连续设置且优选覆盖整个燃烧空间圆周。为了保证清洁介质的量在这些环形通道各自中在燃烧空间圆周均匀分布，各环形通道通过在圆周均匀分布的多个进料管(4)由分配器储存器(3)进料。优选地，1-8个进料管线是理想的，其在反应器圆周均匀分布。此外，该附图显示了部分燃烧器(1)、燃烧空间内壁(6)和冷却夹套(7)。
优选地，以用1-8个进料管线引入清洁气流的方式使得清洁气流以在外围均匀分布供应至圆柱形燃烧空间。
在这种情况下，一个平面(“进料平面”)的进料管线的排出孔可设置在燃烧空间内的相同高度。特别理想地可借助多个如上所述的进料平面在燃烧空间高度上供入清洁料流，其中各进料平面之间的距离为2-30cm，更优选7-20cm。
清洁料流的进料管线的排出孔的形状可优选为圆形、矩形或方形，或形成围绕燃烧空间圆周的环形通道。
清洁气流的进料管线(优选环形通道)具有相对小的孔。其开口宽度为燃烧空间直径的约1/1000-3/100，优选1/500-1/100。就本发明而言，燃烧空间应理解为意指燃烧器区段下游和骤冷单元上游的管状装置部分(其横截面可例如为圆形、六角形或矩形)，其上游边界在一侧为具有燃烧器区段的排出孔的燃烧器端面。因此，燃烧空间直径应理解为意指最大可能的径向距离，或与燃烧空间内壁正交的距离，其连接燃烧空间内壁。当该距离与管状燃烧空间的轴向长短无关而为恒定时，就本发明而言可涉及恒定的燃烧空间直径。燃烧空间直径通常例如为10-2000mm，优选150-1000mm。就此而言开口宽度应理解为意指清洁介质排入燃烧空间的最大径向尺寸。在具有圆形横截面的进料管线的情况下，其因此为圆直径，而在特别优选的环形通道的情况下，其为开口宽度。开口宽度通常为0.2-10mm，优选0.3-5mm。
根据本发明，进料管线的排出孔直接位于要清洁的燃烧空间内壁附近(例如如图2所示)。优选，清洁气流的进料管线的位置的构造使得进料管线的排出孔的面积中心与燃烧空间的燃烧空间内壁的距离小于10mm，优选小于5mm，更优选小于1mm。燃烧空间内壁上的流体动力学边界层厚度根据平板的简化假设通过布拉修斯边界层方程方案由燃烧空间内壁上的距离计算。给定1-10cm的距离，该模型得到1.5-5mm的边界层厚。对于给定清洁设备的几何性能，结果因此有利于主物流在燃烧空间中的边界层的清洁。缺少与主物流的渗透和交叉混合导致有效降低在壁处结焦所需的清洁料流量最小，这显著提高了整个方法的效率，因为额外仅在壁附近引入的清洁介质量最小，同样使POx反应的时间参数的破坏影响最小。
在本发明的方法中，根据所用的清洁介质，所希望的清洁原理可基于两种不同的机理，二者也可联合起作用，从而导致特定的协同增效作用。
第一种为如上文所述的流动边界层的纯脉冲式清洁。这导致避免了固体焦炭/烟灰颗粒的渗入以及烟灰/焦炭层的粘附和生长。清洁膜在清洁表面(燃烧空间内壁)上的速率优选应为主物流速度的0.5-1.5倍，更优选0.8-1倍。
第二，清洁介质可在壁附近产生氧化性气氛，这借助存在于所述清洁介质中的氧化剂通过转化/燃烧/氧化可能的杂质而防止烟灰/焦炭的生长/粘附，或者使其形成减缓至出于动力学原因而防止固相形成的程度。
在本发明方法中，将清洁气流在至少两个连续位置(下文各自称为“平面”)在反应器高度上供入。这同样使要使用的清洁介质量最小，因为不断的更新壁附近的清洁膜提高了清洁效率。燃烧空间的高度应理解为意指从取向来看通过燃烧器区段供应的气流的主流动方向的尺寸。这进一步提高了本方法的效率，因为可以因而避免通过混入离解气体的清洁膜的稀释，并该清洁作用可以因此保证在整个燃烧空间长度上以低剂量的清洁介质进行。根据本发明，在优选实施方案中，清洁流速因此可根据特定燃烧空间部分中的结焦倾向无限调节。
该实施的一个实例例如显示于图3中。各进料管线阶段之间的距离可以相同或不同；它们优选处于2-30cm，更优选7-20cm的范围内。各阶段之间的距离在这里经由用于清洁介质的两个排出孔之间的距离测定。在一个平面内，进料管线近似位于一个高度，更优选位于相同高度。图3显示了具有燃烧空间(2)的燃烧器(1)的细节，在这种情况下，用于清洁介质的多个进料管线(3)在燃烧空间内壁上形成清洁膜(4)。此外，标记了两个清洁阶段(进料管线阶段)之间的距离(5)。
本发明方法的另一特征为尽管清洁气流多阶段添加，但燃烧空间直径在高度上近似恒定，优选恒定。这保证了反应中的恒定条件，这当然正如上文所描述一样对偏离非常敏感，且进一步提高了本方法的效率。
由于燃烧空间直径导致的自由横截面基于燃烧空间内部的最大自由横截面小于10%的偏离且无任何长效降低本发明改善至正面效果不占主要的程度在这里可以容许，且就本发明而言应认为近似恒定。
根据本发明，可使用任何清洁介质以产生清洁脉冲，优选蒸汽。清洁介质的温度优选在500°C以下，更优选在200°C以下。就此而言，所述温度与清洁介质进入燃烧空间的入口温度有关。在上述氧化性清洁作用的情况下，对于给定工艺技术边界条件而言，优选的清洁气体为潜在氧化性介质，优选水、蒸汽、氧气、CO2、CO及其混合物以及其他惰性组分的混合物。就此优选蒸汽、氧气或其混合物；例如特别理想的清洁介质可为除了主要蒸汽以外还包含至多10体积%的氧气的清洁介质。
在本发明方法的优选实施方案中，燃烧空间侧上的燃烧区段表面额外被清洁气流所覆盖。这使得所述方法的效率甚至进一步提高，这是因为也可由此有效抵消该表面的结焦。合适的清洁介质基本与上述原料相同。
本发明进一步提供了一种适合用于实施本发明方法的设备，如图3所示，其已经在上文描述。这里可涉及圆柱形反应器(1)，该反应器包括用于乙炔制备的圆柱形燃烧空间(2)，其中用于清洁气流的至少两个进料管线(3)安装在燃烧空间内使得进料管线的排出孔与圆柱形燃烧空间的轴向垂直，燃烧空间中的进料管线的排出孔设置在燃烧空间内壁附近，并且进料管线的排出孔的面积中心与燃烧空间内壁的距离小于10mm，优选小于1mm。
本发明方法可防止在燃烧空间内壁上结壳，这可避免机械清洁操作，例如使用推料单元。因此以长效方式保证任意相关尺寸且导致麻烦的固体颗粒不进入气流中。在本发明方法的优选构造中，这可使得在反应后借助下游热交换器回收所述气体中所存在的大部分热量。在这种情况下，优选将该获得的能量用于产生蒸汽。优选地，用于产生蒸汽的大部分热量可由此由所产生的产物气体回收。合适的热交换器例如为管壳式热交换器。此处，不同于常规方法，优选在反应后不将所述气流冷却(骤冷)至100°C(在水骤冷中)或200°C(在油骤冷中)，而是快速冷却至600-1000°C。这不会导致乙炔由于进一步反应而使产率发生任何显著损失。随后，将该热产物气体供入热交换器中，在其中将所述气体进一步冷却。释放出的能量用于热回收。所述热交换器优选为蒸汽锅炉，其中所述产物气体进一步间接冷却，且在第二侧产生蒸汽，所述蒸汽然后可商业应用或者用于操作目的。这显著提高了本方法的效率。本发明方法构造中的一个显著优点在于，可在下游直接连接热交换器，这是因为在这种情况下不存在导致问题的固体沉积物。除了将在产物气体的冷却中所释放出的能量用于产生蒸汽之外，还存在在所述制备乙炔和合成气的方法过程中使用该能量的其他机会。
该工艺方案无法经济地在现有方法中实现，这是因为在现有机械清洁方法的清洁期间，烟灰和焦炭片与燃烧空间内壁剥离，沿热交换器的方向传输并对其造成机械或摩擦破坏或将其完全或部分堵塞。与此相比，根据本发明可完全抑制焦炭和烟灰在燃烧空间内壁上沉积。
本发明方法提供了一种在通过部分氧化制备乙炔和/或合成气中有效减少或者甚至防止在燃烧空间内壁上的结壳和焦炭烧结的操作简单且有效的方式。由于上述本发明特征，此处已可使用相对少的清洁气流有效防止结壳，而不对所述反应的效率造成持久损害。清洁介质的供应的多平面构造降低了清洁介质的需求，并且这有利地允许要在各区中以受控方式加入所需清洁介质。通过适当选择清洁介质，不仅可产生基于清洁料流脉冲的“纯清洁操作”，而且任选还优选产生可进一步减少沉积物的氧化性气氛。
实施例
在如下3个实施例中此时考虑现有技术的用于乙炔合成的燃烧器区段/燃烧空间/骤冷(“标准反应器”)的操作与本发明反应器操作之间的比较。
实施例1
出于测试目的，在常规轴向和径向火焰稳定化下操作标准反应器。燃烧空间构造为水冷式。
所用具有燃烧器的反应器直径延伸至180mm。
燃烧器区段构造有具有19个内径为27mm且呈六角形设置的孔。
所述标准反应器以及下文所述的所有反应器均在这些反应条件下操作：
●天然气体积流速：600m3(STP)/h
●氧气流与天然气流的比值=0.62
●所述气体的预热温度：550°C
●乙炔(体积)：6.4体积%
在所给测试条件下，在操作约20小时后，在出现火焰稳定性问题之后，所述标准反应器必须停车。
当检查燃烧空间时，可发现在所述标准反应器中在燃烧空间内壁上产生厚度为数厘米的焦炭层。
可测得焦炭层生长速率为4mm/h。
实施例2
为了进行比较，使用具有宽度为燃烧空间直径的1/200的环形通道形式的用于清洁料流的进料管线的本发明反应器。在该实施例中，直径也为180mm。清洁气体流经清洁位置的进料管线以脉冲清洁清洁边界层。
清洁速度使得清洁膜的速度为主流速的0.8倍。
在本发明反应器的操作期间，在20小时的操作时间内，在所述燃烧空间的燃烧空间内壁上不存在沉积物。
因此，焦炭层生长速率为0。
实施例3
按照实施例2操作的本发明反应器在经由清洁位置加入氧化剂以在燃烧空间内壁附近的清洁边界层形成氧化性气氛下操作。在该操作中，沉积物也以长效方式防止。
焦炭层生长速率也为0。
实施例4
本发明方法的重要特征为燃烧空间内壁的清洁和因此避免了烧结和结焦。正如已经描述的一样，根据本发明完成此的最有效方式为以相对于经由具有在说明部分中已经描述的几何性能的进料管线进入燃烧空间的主物流的已经描述的速度和方向的关系引入非常薄的清洁膜。就此本发明的重要细节为并非在燃烧空间的一个位置引入整个清洁料流，而是分离清洁料流并将其经由在本发明分离中连续设置的多个平面供入燃烧空间。这首先导致以多平面方案引入的相同量清洁介质的膜效率与单平面方案相比增加。其次，相同的积分膜效率在多平面构造中可以以比单平面构造少的清洁介质实现。
就本发明而言，膜效率定义如下。其为在壁处(标记W)的清洁介质与主物流(标记m)的浓度差除以清洁气流(标记C)和主物流(标记m)的浓度差的商：
η = C w - C m C c - C m
作为注入清洁介质之后的轴距离x的函数的基于清洁介质的膜效率的计算模型根据[1]为：
η = A { x Ms [ Re c μ c μ m ] - 0.25 } - 0.8
根据[1]，常数A表示实验特定几何形状和操作边界条件。
在该式中：
M-质量流速
s-开口宽度
Rec-雷诺数
μ-动态粘度
A-实验常数
标记c-清洁膜
标记m-主物流
下表显示为了比较，将膜效率由此对在本发明情况下分为4个平面和在第二种情况下(根据现有技术)仅分为一个平面的恒定总清洁料流计算。这显示了本发明多平面清洁的优点。因此，对于本发明四个平面的方案，发现与一个平面方案相比在引入燃烧空间的总清洁物流相同下在燃烧空间表面区域上平均的积分膜效率增加20%。图4显示了两个膜效率的图象比较。在这里膜效率相对于长度(m)绘图。连续线表示一个平面的情况，而虚线表示本发明四个平面的情况。
所用模拟软件为版本为6.3的ANSYS FLUENT流程模拟软件。
[2]Burns，W.K.和Stollery，J.L.，The influence of foreign gas injection andslot geometry on film cooling effectiveness，Int.J.Heat Mass Transfer，第12卷，第935-951页。
表：实施例—燃烧空间内壁的1和4个平面清洁的比较
质量流速：0.052kg/s
经由1和4个平面注入
膜效率 膜效率
长度[m] 1个平面 4个平面
0.00 1 1
0.05 0.88683844 0.739
0.10 0.777158774 0.544
0.10 0.777158774 1
0.15 0.715233613 0.798
0.20 0.662728085 0.64
0.20 0.662728085 1
0.25 0.584392286 0.84
0.30 0.584392286 0.702
0.30 0.584392286 1
0.35 0.549715748 0.861
0.40 0.523118006 0.744
对于1个平面，积分平均值为η=0.69；对于4个平面，积分平均值为η=0.83；这对应于约20%的增加。

Claims (11)

1.一种通过用氧气部分氧化烃而制备乙炔和合成气的方法，该方法包括首先分别预热包括含烃料流和含氧料流的起始气体，然后将其在混合区中混合，在其流经燃烧器区段后，使其在燃烧空间中反应，然后快速冷却产物，其中所述燃烧空间内壁被清洁气流所覆盖，将该清洁气流借助多个进料管线引入，并且这些进料管线各自在燃烧空间内部的构造使得所引入的清洁气流的主流动方向的向量的取向与通过燃烧器区段供应的气流的主流动方向的向量的取向偏离不大于10°的角度，并且进料管线在其排出开孔处具有燃烧空间直径的1/1000-3/100，优选1/500-1/100的开口宽度，其中就通过燃烧器区段供应的气流的主流动方向而言在连续点存在清洁气流的多平面供应，且对离开燃烧器区段的气流在清洁气流的进料管线的高度流经燃烧空间可行的燃烧空间的自由横截面近似恒定。
2.根据权利要求1的方法，其中所述清洁气流的主流动方向的向量和通过燃烧器区段供入燃烧空间的气流平行。
3.根据权利要求1或2的方法，其中以用1-8个进料管线引入清洁气流的方式使得清洁气流以在外围均匀分布供应至圆柱形燃烧空间。
4.根据权利要求3的方法，其中一个平面的进料管线的排出孔设置在燃烧空间内的相同高度。
5.根据权利要求4的方法，其中将所述清洁气流借助多个根据权利要求4的进料管线平面在燃烧空间高度上供入，其中各进料管线平面之间的距离为2-30cm，更优选7-20cm。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中所述清洁料流的进料管线的排出孔为圆形、矩形或方形，或形成围绕燃烧空间圆周的环形通道。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中所用清洁介质为蒸汽、氧气或其混合物。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中所述清洁介质包含至多10体积%氧气。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其中所述进料管线的排出孔的面积中心与燃烧空间内壁的距离小于10mm，优选小于1mm。
10.根据权利要求1-9中任一项的方法，其中将所述气体在燃烧空间中反应之后冷却至600-1000°C的温度，然后供应至其中使所述气体进一步冷却的热交换器，并将所释放出的能量用于热回收。
11.一种用于实施根据权利要求1-10中任一项的方法的设备，包括圆柱形反应器，该反应器包含用于乙炔制备的圆柱形燃烧空间，其中用于清洁气流的至少两个进料管线安装在燃烧空间内使得进料管线的排出孔与圆柱形燃烧空间的轴向垂直，燃烧空间中的进料管线的排出孔设置在燃烧空间内壁附近，并且进料管线的排出孔的面积中心与燃烧空间内壁的距离小于10mm，优选小于1mm。
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