CN104084065A - 乙烯和氧气混合的方法 - Google Patents

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本发明涉及一种乙烯和氧气混合的方法，主要解决现有技术存在乙烯和氧气混合效果不理想的问题。本发明通过采用使从主流道进入的乙烯和通过径向设置的氧分布器进入的氧气在混合器中混合；所述氧分布器包括中心总管和至少1根支管；中心总管和支管垂直相通，支管在中心总管两侧对称设置，支管上设置有以中心总管为中心对称分布的小孔；小孔内的气流方向与主流道内的气流方向一致的技术方案较好地解决了该问题，可用于直接氧化法生产环氧乙烷的工业生产中。

Description

乙烯和氧气混合的方法
技术领域
本发明涉及一种乙烯和氧气混合的方法，特别涉及一种环氧乙烷/乙二醇工艺中乙烯和氧气混合的方法。
背景技术
环氧乙烷/乙二醇(EO/EG)的工业生产方法有两种，即氯乙醇法和乙烯直接氧化法。乙烯直接氧化法又分为空气氧化法和氧气氧化法。氧气氧化法与空气氧化法相比，工艺流程稍短，设备较少，建厂投资少；氧化反应中催化剂的选择性高，反应温度比空气法低，对催化剂寿命的延长和维持生产的平稳操作较为有利。通常氧气氧化法的生产成本比空气氧化法低10％左右。由于氧气氧化法比空气氧化法有明显的优越性，因此目前世界上的环氧乙烷/乙二醇装置普遍采用氧气氧化法。
由于氧气与乙烯混合气体为易爆炸性气体，其混合爆炸限较宽。氧气在与乙烯的混合过程浓度快速降低，但存在一个氧浓度从处在爆炸极限内经与乙烯快速混合后，离开爆炸限的过程。这就对氧混合器的快速均匀混合提出了很高的要求，氧气混合器的可靠设计是直接氧化法安全生产的必要保证，也是EO/EG装置设计中所需解决的关键设备之一。
文献CN200710118927.5公开了一种甲烷与氧气预混器，主要由外壳、气体分布系统、换热系统和多孔气体分布板组成；气体分布系统采用旋流或环流气体分布系统；旋流气体分布系统由甲烷进气系统、氧气进气系统、上分布器和下分布器构成；环流气体分布系统由甲烷和氧气各自的中心进料管、十字进料管和环形气体分布器构成；换热系统由上隔板、下隔板、中心内管、外管、金属翅片、换热介质入口管和换热介质出口管组成；甲烷和氧气通过气体分布系统在一个较小的空间内初级混合后，通过由中心内管、外管和金属翅片组成的模拟流化床曲折向上流动，在出口处达到分子水平的混合。
目前采用氧气直接氧化法工艺的EO/EG生产装置中，乙烯循环气和氧气的快速混合一般均采用多孔射流混合器。该类混合器通过一定尺寸的小孔，将氧气射流进入乙烯循环气中，从而快速通过乙烯循环气与氧气的爆炸极限。但是其仍然存在混合效果不理想的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术存在乙烯和氧气混合效果不理想的问题，提供一种新的乙烯和氧气混合的方法。该方法具有乙烯和氧气混合效果好，安全可靠的特点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种乙烯和氧气混合的方法，使从主流道进入的乙烯和通过径向设置的氧分布器进入的氧气在混合器中混合；所述氧分布器包括中心总管和至少1根支管；中心总管和支管垂直相通，支管在中心总管两侧对称设置，支管上设置有以中心总管为中心对称分布的小孔；小孔内的气流方向与主流道内的气流方向一致。
上述技术方案中，优选地，支管有5～21根。更优选地，支管有9～17根。
上述技术方案中，优选地，支管间距为中心总管长度的0.06～0.16。
上述技术方案中，优选地，支管上小孔直径为3～10毫米。更优选地，支管上小孔直径为5～8毫米。
上述技术方案中，优选地，小孔间距为80～100毫米。
上述技术方案中，优选地，中心总管上设置有导流板，导流板一端安装在中心总管上，另一端为弧形、半圆形或梭形。
上述技术方案中，优选地，所述导流板设置在中心总管的中点处。
上述技术方案中，优选地，所述导流板设置在支管开孔一侧，或者另一侧，或者两侧都安装。
上述技术方案中，优选地，单侧导流板的长度为中心总管长度的1～8倍。更优选地，单侧导流板的长度为中心总管长度的3～5倍。
本发明方法中，支管设置在中心总管两侧，整个分布器安装在混合器内。气体从中心总管两侧进入，从而使气体在单个支管中的流动距离缩短，压力分布对气体初始分布的影响较小。对称分布的开孔设计更有利于氧气在混合器内的初始均匀分布。中心总管式混合器的分布器形式，增强了氧混合器适应操作负荷变化的能力。此外，中心总管式混合器的结构形式，进气总管设置在混合器内，对支管起到了支撑作用，保证了大直径混合器各支管的稳定性，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本发明方法中所述混合器结构示意图。
图2为本发明方法中所述氧分布器结构示意图。
图3为现有技术中的氧分布器结构示意图。
图4为【实施例】得到的小孔编号与气速关系图。
图5为【比较例】得到的小孔编号与气速关系图。
图1中，7为穿过中心总管中点的支管，21为混合器，22为中心总管，23为导流板，24为主流道，25为乙烯进口。
图2中，1～13为支管，22为中心总管，26和27为氧气进口，28为氧分布器，29为支管上的小孔。
图3中，31～33为喷射圆环，34为氧气进管，35为中心支撑管，36为喷射口进气管，37为氧气进管法兰，38为分布器固定管嘴，39为喷射口。
图4中，X轴为小孔编号，Y轴为气速。
采用图1和图2所示的氧分布器，氧气从中心总管两侧进入，继而进入支管中，通过支管上的小孔，与主流道内的乙烯快速均匀混合。
采用图3所示的氧分布器，由于环形管混合器初始孔射流在截面上分布不均匀，从而导致需要的混合距离和时间较长，不利于氧气快速混合均匀。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述。
具体实施方式
【实施例1】
采用图1和图2所示的中心总管式氧混合器，氧混合器结构参数如下：
主流道内径：1100mm
中心总管内径：100mm
支管数量：13
支管内径：32mm
支管间距：88.4mm
小孔内径：7mm
小孔间距：90mm
小孔数量：128
选择中心支管7(小孔数8)，通过对各个小孔背压偏差的比较(即小孔背压与背压平均值的偏差)，对中心总管式混合器的混合效果进行考察。
进气量如下：
氧气流量：3314kg/hr
氧气温度：25℃
氧气压力：2647.8KPa G
氧气密度：36kg/m3
氧气粘度：0.021cp
结果如表1所示。小孔编号与背压偏差之间的关系如图4所示。
表1
小孔编号 背压偏差％
1’ 0.02
2’ 0.04
3’ 0.006
4’ 0.02
5’ 0.02
6’ 0.006
7’ 0.04
8’ 0.02
【比较例】
采用图3所示的环形管混合器，氧混合器结构参数如下：
主流道内径：1100mm
环形管数量：3
环形管内径：32/16/8mm
环形管间距：1000/700mm
小孔内径：7mm
小孔间距：90mm
小孔数量：128
选择中心环形管(小孔数8)，通过对各个小孔背压偏差的比较(即小孔背压与背压平均值的偏差)，对环形管混合器的混合效果进行考察。
中心环形管进气量如下：
氧气流量：3314kg/hr
氧气温度：25℃
氧气压力：2647.8KPa G
氧气密度：36kg/m3
氧气粘度：0.021cp
结果如表2所示。小孔编号与背压偏差间的关系如图5所示。
表2
小孔编号 背压偏差％
1’ 1.34
2’ 3.74
3’ 5.06
4’ 2.34
5’ 1.36
6’ 1.36
7’ 1.36
8’ 3.71
通过图4与对比例中图5的比较，中心总管式混合器背压偏差范围为0.001～0.039％之间，环形管混合器背压偏差范围为1.335～5.059％之间，即中心总管式混合器背压偏差较小，分布效果较好。
同时，通过图4与图5的对比可以发现，中心总管式混合器的氧气从中心管进入支管中，支管上的小孔对称分布，对称小孔的背压几乎一致，有利于氧气在主流道内的均匀分布。
此外，中心总管式混合器由于布置了中心总管，缩短氧气在气相分布管中的流动距离，降低了氧气沿分布管的压降损失，有利于提高混合器的稳定性。

Claims (10)

1.一种乙烯和氧气混合的方法，使从主流道进入的乙烯和通过径向设置的氧分布器进入的氧气在混合器中混合；所述氧分布器包括中心总管和至少1根支管；中心总管和支管垂直相通，支管在中心总管两侧对称设置，支管上设置有以中心总管为中心对称分布的小孔；小孔内的气流方向与主流道内的气流方向一致。
2.根据权利要求1所述乙烯和氧气混合的方法，其特征在于支管有5～21根。
3.根据权利要求2所述乙烯和氧气混合的方法，其特征在于支管有9～17根。
4.根据权利要求1所述乙烯和氧气混合的方法，其特征在于支管间距为中心总管长度的0.06～0.16。
5.根据权利要求1所述乙烯和氧气混合的方法，其特征在于支管上小孔直径为5～8毫米。
6.根据权利要求1所述乙烯和氧气混合的方法，其特征在于小孔间距为80～100毫米。
7.根据权利要求1所述乙烯和氧气混合的方法，其特征在于中心总管上设置有导流板，导流板一端安装在中心总管上，另一端为弧形、半圆形或梭形。
8.根据权利要求7所述乙烯和氧气混合的方法，其特征在于所述导流板设置在中心总管的中点处。
9.根据权利要求7所述乙烯和氧气混合的方法，其特征在于所述导流板设置在支管开孔一侧，或者另一侧，或者两侧都安装。
10.根据权利要求9所述乙烯和氧气混合的方法，其特征在于单侧导流板的长度为中心总管长度的1～8倍。
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