CN103521137B - 丁烷空气混合分布器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种管道式丁烷空气混合分布器，它由汇流管、分布管及混合筒体组成；分布管与汇流管垂直连接、分布管插入混合筒体中，分布管插入方向与混合筒体管径轴线垂直；混合筒体内与分布管对应处焊接管支托，分布管底部设置有堵板，插入管支托内，分布管上设置有若干原料气孔。通过采用新型管道式丁烷空气混合分布器，使丁烷与空气混合均匀，压力降控制在允许范围内约0.01MPa，其安装位置可尽量靠近反应器入口，减小爆炸性气体容积，改善原料气的混合均匀度，使进入反应器的原料气体以平推流方式与催化剂床层接触，气-固反应均匀进行，有利于延长催化剂使用寿命及提高生产安全性。
Description
技术领域
本发明涉及有机化工技术领域，特别是丁烷氧化法制取顺丁烯二酸酐（简称顺酐）的原料丁烷与空气混合设备及方法，进而可应用于工业上其它两种气体的混合。
背景技术
顺酐是重要的有机化工原料和精细化工产品，也是世界上仅次于苯酐和醋酐的第三大酸酐，其用途极其广泛。使用正丁烷与空气为原料生产顺酐，在列管式固定床反应器中在催化剂作用下发生气相氧化反应，是强烈的放热反应，各种催化剂均要求工艺进料操作上要使正丁烷与空气混合均匀，避免因原料气混合不均匀，造成局部“飞温”及对催化剂造成损害，影响反应转化率、顺酐选择性、收率、催化剂使用寿命及安全生产。
按照传统的经验，气体混合大多在一个容器内同时通入两种气体或其中一种气体以喷头方式喷入，然后通过气体之间的扩散运动进行自由混合，这种混合方式存在混合不够充分、均匀，混合速度慢的不足；有些装置为强化混合，在进入反应器之前增加一台静态混合器，利用设置其中的构造内件起到对气体的扰动作用，加强混合。由于设置混合容器及静态混合器不仅增加投资，还增加管道系统的阻力使能耗增加，同时反应器进气管道中正丁烷与空气的混合气体为爆炸性气体，混合后管道越长，爆炸性气体混合物容积加大，没有做到本质安全型。
发明内容
本发明需要解决的工艺技术问题，主要是公开一种管道式丁烷空气混合分布器，安装于反应器进气管道上，省略混合容器及静态混合器，使丁烷与空气快速混合均匀，并使原料通过丁烷空气混合分布器阻力降尽量小，降低进入丁烷空气混合分布器的空气及丁烷的压力，从而降低上游气体输送单元能耗，安装位置可尽量靠近反应器入口，减小爆炸性气体容积，提高生产的安全性。
本发明的技术方案如下：
丁烷空气混合分布器，由汇流管5、分布管6及混合筒体9组成；分布管6与汇流管5垂直连接、分布管6插入混合筒体中，分布管6插入方向与混合筒体管径轴线垂直；混合筒体内与分布管6对应处焊接管支托8，分布管底部设置有堵板，插入管支托8内，分布管上设置有多排气孔7。
所述的混合筒体与反应器进气管线管径相同。
所述的混合筒体两端设置有法兰10，通过法兰与进气管连接。
所述从气孔喷出的原料丁烷气顺向分布于空气气流中时，背向空气流动方向的每根分布管每排半个圆周上开孔2～3个，相邻分布管的开孔布置交错设置。
所述从气孔喷出的原料丁烷气逆向分布于空气气流中时，面向空气流动方向的每根分布管每排半个圆周上开孔2～3个，相邻分布管的开孔布置交错设置。
所述分布管管径DN15～25，排列间隔净距3～4倍分布管公称直径，分布管上的气孔孔径Φ2.5～4.5mm，两排竖向的两孔间间距20～30倍气孔孔径。
所述分布管底部堵板插入管支托大于1/4高度，分布管插入管支托过赢配合。
通过丁烷空气混合器后气体混合效果，可通过图1中浓度测量取样器2测得，在混合后的管线上不同高度处设取样点，经色谱分析，混合分布器下游丁烷浓度的标准偏差除以平均值小于等于0.01，混合效果好。
通过采用新型管道式丁烷空气混合分布器，使丁烷与空气混合均匀，压力降控制在允许范围内约0.01MPa，其安装位置可尽量靠近反应器入口，减小爆炸性气体容积，改善原料气的混合均匀度，使进入反应器的原料气体以平推流方式与催化剂床层接触，气-固反应均匀进行，有利于延长催化剂使用寿命及提高生产安全性。
附图说明
图1：丁烷与空气混合流程图；
图2：丁烷空气混合分布器剖视图；
图3a：分布管设置2个气孔示意图；
图3b：分布管设置3个气孔示意图；
图4：图1中E详图的管支托连接详图；
1-丁烷空气混合分布器、2-浓度测量取样器、3-反应器、4-熔盐泵、5-汇流管、6-分布管、7-气孔、8-管支托、9-混合筒体、10-法兰11-堵板A-正丁烷、B-原料空气、C-混合后反应器进气。
具体实施方式
结合附图所示，对管道式丁烷混合分布器作进一步说明。
如图1～图4所示，本发明是由汇流管5、分布管6及混合筒体9组成；分布管6与汇流管5垂直连接、分布管6插入混合筒体中，分布管6插入方向与混合筒体管径轴线垂直；混合筒体内与分布管6对应处焊接管支托8，分布管底部设置有堵板，插入管支托8内，分布管上设置有多排气孔7。流入汇流管的具有一定压力的原料丁烷气体A通过分布管上气孔喷出，分布管上气孔类同于喷嘴效应，将具有一定压力势能的丁烷气体流过小孔时压力降低，体积膨胀，比体积增加，而其流速相应增大，这些高速射流在小孔附近形成真空将混合筒体分布管小孔周围的原料空气B卷吸过来，经涡流形式完全均匀混合成反应混合气C，继续流经混合筒体将高速流动的动能转换成压力势能，使静压恢复到大气压以上,流向反应器进口，达到反应器催化剂进料要求。
该管道式丁烷空气混合分布器与反应器进气管线管径相同，两端装有法兰10，通过法兰与进气管线连接，方便安装拆卸及检修维护。丁烷空气混合分布器的汇流管与混合筒体呈90度垂直流向，通过混合筒体内分布管上的开孔，可将丁烷气顺向或逆向分布于空气气流中，利于两种流体的混合，提高混合效率。每根分布管每排同一高度顺向或逆向原料空气流向的半圆上开孔2～3个，相邻分布管的开孔布置交错设置。
相邻分布管的开孔在垂直方向交错布置，利于两种气体在整个空间的均匀混合。分布管底部焊一堵板并插入管支托的1/4高度，管支托钻孔尺寸比分布管外径略大，使得分布管插入管支托成过盈配合，可使丁烷气从分布管小孔高速喷出起到缓冲作用，管支托与混合筒体焊接固定可以有效防止丁烷气从分布管小孔高速喷出引起的分布管振动，进而引起分布管插入混合筒体接口处焊缝撕裂造成丁烷气体向大气泄漏的事故发生。
根据混合筒体尺寸不同，各主要部件设计范围如下：
汇流管管径：DN80～125；
混合筒体管径：DN600～900
分布管管径：DN15～25，排列间隔净距3～4倍分布管公称直径；
分布管上开孔孔径：Φ2.5～4.5mm，两排竖向的两孔间间距20～30倍气孔孔径。
实施例1
以单台反应器生产能力2万吨/年的丁烷空气混合器为基础提出。DN100汇流管5连接9条DN20分布管6插入DN900混合筒体9，分布管穿过混合通体处采用全焊透焊接形式焊接固定，9条分布管间净距65mmm,分布管6底部插入管支托8约15毫米，并在管支托上表面与分布管点焊4处，均匀分布，管支托8与混合筒体9采用全焊透焊接形式焊接固定，9条分布管6开有3.5气孔7共156个如图3a，背向空气流动方向的每根分布管半个圆周同一高度上开有与管截面中心线成45度的两个气孔7，将丁烷气顺向分布于空气气流中，相邻分布管上气孔在垂直位置上交错分布，两孔间竖向间距75mm。原料空气B沿图示方向进入混合筒体9，经气化过热后的正丁烷A以大约0.35MPa压力流入汇流管5，通过分布管上的气孔喷出，顺向分布于空气中，丁烷气与空气经涡流形式完全均匀地混合成反应混合气C，达到反应器催化剂进料混合均匀的要求。整体设备各部件均采用碳钢，混合筒体9两端焊有法兰，通过法兰与进气管线连接，方便安装拆卸及检修维护。
采用上述设备及方法，在规定的压降限制（小于等于0.01MPa）条件下实现最大化混合，达到反应器催化剂进料混合均匀的要求，可不再设置静态混合器，使原料通过混合分布器阻力降尽量小，降低进入混合分布器的原料空气及丁烷的压力，从而降低能耗，并可将其尽量靠近反应器入口安装，减小爆炸性气体容积，提高生产的安全性。混合分布器混合效果可通过图1浓度测量取样器测得，在混合筒体不同高度处设取样点，经色谱分析，混合分布器下游丁烷浓度的标准偏差除以平均值小于等于0.01,混合效果好。
实施例2
以单台反应器生产能力2.25万吨/年的丁烷空气混合器为基础提出。DN100汇流管5连接9条DN20分布管6插入DN900混合筒体9，分布管穿过混合通体处采用全焊透焊接形式焊接固定，9条分布管间净距65mmm,分布管6底部插入管支托8约15毫米，并在管支托上表面与分布管点焊4处，均匀分布，管支托8与混合筒体9采用全焊透焊接形式焊接固定，9条分布管6开有φ3.0气孔7共215个，面向空气流动方向的每根分布管半个圆周同一高度上开有与管截面中心线成60度、0度的3个气孔7如图3b，将丁烷气逆向分布于空气气流中，相邻分布管上气孔在垂直位置上交错分布，两孔间竖向间距75mm。原料空气B沿图示方向进入混合筒体9，经气化过热后的正丁烷A以大约0.37MPa压力流入汇流管5，通过分布管上的气孔喷出，逆向分布于空气中，丁烷气与空气经涡流形式完全均匀地混合成反应混合气C，达到反应器催化剂进料混合均匀的要求。整体设备各部件均采用碳钢，混合筒体9两端焊有法兰，通过法兰与进气管线连接，方便安装拆卸及检修维护。
采用上述设备及方法，在规定的压降限制（小于等于0.01MPa）条件下实现最大化混合，达到反应器催化剂进料混合均匀的要求，可不再设置静态混合器，使原料通过混合分布器阻力降尽量小，降低进入混合分布器的原料空气及丁烷的压力，从而降低能耗，并可将其尽量靠近反应器入口安装，减小爆炸性气体容积，提高生产的安全性。混合分布器混合效果可通过图1浓度测量取样器测得，在混合筒体不同高度处设取样点，经色谱分析，混合分布器下游丁烷浓度的标准偏差除以平均值小于等于0.01,混合效果好。
本发明是依据目前顺酐反应器单套生产能力为1.0～2.5万吨/年的基础提出的。按此规模计算出原料空气及丁烷气体的用量，选择合理的气体流速，确定出混合筒体及汇流管的管径；分布管的数量则是根据原料空气流经混合筒体中分布管管排后的压力降尽量小且分布管排列的净距便于设备零部件的焊接加工；分布管开孔数量及孔径满足丁烷气体流经小孔的流速要求，多角度与空气混合。
Claims (1)
1.一种丁烷与空气混合分布器，它由汇流管(5)、分布管(6)及混合筒体(9)组成；分布管(6)与汇流管(5)垂直连接、分布管(6)插入混合筒体中，分布管(6)插入方向与混合筒体管径轴线垂直；混合筒体内与分布管(6)对应处焊接管支托(8)，分布管底部设置有堵板，插入管支托(8)内，分布管上设置有多排气孔(7)；混合筒体与反应器进气管线管径相同；混合筒体两端设置有法兰(10)，通过法兰与进气管连接；分布管底部堵板插入管支托大于1/4高度，分布管插入管支托过盈配合；分布管管径DN15～25，排列间隔净距3～4倍分布管公称直径，分布管上的气孔孔径Φ2.5～4.5mm，两排竖向的两孔间间距20～30倍气孔孔径；气孔喷出的原料丁烷气顺向分布于空气气流中时，背向空气流动方向的每根分布管每排半个圆周上开孔2～3个，相邻分布管的开孔布置交错设置；气孔喷出的原料丁烷气逆向分布于空气气流中时，面向空气流动方向的每根分布管每排半个圆周上开孔2～3个，相邻分布管的开孔布置交错设置。
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