CN217594331U - 一种天然气制乙炔裂解炉的高效混合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，包括外筒以及设置在外筒内的内筒，所述内筒由外筒一端的天然气入口区延伸至另一端的混合出口区，所述外筒与内筒配合，由天然气入口区向混合出口区依次形成初始混合区、流动发展区以及扩散混合区，在所述外筒外周设置有氧气入口区，在所述外筒上沿径向开设有若干排气孔，所述氧气入口区通过若干排气孔与初始混合区相连，所述天然气入口区与初始混合区相连，所述混合出口区与扩散混合区相连。本实用新型的混合器从天然气和氧气混合过程的行为出发，根据混合器各个区域不同的传递机理来分别改进混合器结构，具有混合效率高、设备体积小、结构简单、制造维修容易的优点，具有很好的工业应用前景。

Description

一种天然气制乙炔裂解炉的高效混合器

技术领域

本实用新型属于天然气部分氧化法制乙炔装置技术领域，特别涉及一种天然气制乙炔裂解炉的高效混合器。

背景技术

乙炔作为石油化工的基础原料，被誉为“有机化工之母”，从乙炔出发可以生产大量的精细化工产品，以天然气为原料生产乙炔及其下游产品能在很大程度上改变天然气化工产业结构，增加天然气的价值链。天然气部分氧化法制乙炔是目前工业上的主要方法。天然气与氧气在乙炔裂解炉混合器中的混合过程是天然气制乙炔工艺过程的第一步，其混合效果的好坏对裂解炉中后续的反应效果有着显著的影响，这直接影响到乙炔的收率，因此混合器的结构是天然气部分氧化法制乙炔装置操作性能好坏的关键因素之一。

目前工业上所用的混合器在结构和性能上均存在很多缺陷，例如工程上常用的乌克兰混合器通过减小设备流通面积的方式来减小混合气体的扩散尺度，从而促进混合气体的均匀混合，但从实际使用情况上来看，其混合器的混合效果并不理想，还经常出现早期着火被烧坏的现象；工程上另一常用的巴斯夫混合器通过增大圆筒内径的方式来减小流体流速，增大混合气体在设备中的停留时间，从而保证扩散的充分发展，进而促进混合，但其混合器长度接近乌克兰混合器的两倍，设备体积太大，导致天然气和氧气在设备中的混合效率低，且设备存在安装、保温和检修等诸多不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种设备体积小，并且能够提高混合效率及效果的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器。

本实用新型是通过下述技术方案来实现：一种天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，包括外筒以及设置在外筒内的内筒，其特征在于：所述内筒由外筒一端的天然气入口区延伸至另一端的混合出口区，所述外筒与内筒配合，由天然气入口区向混合出口区依次形成初始混合区、流动发展区以及扩散混合区，在所述外筒外周设置有氧气入口区，在所述外筒上沿径向开设有若干排气孔，所述氧气入口区通过若干排气孔与初始混合区相连，所述天然气入口区与初始混合区相连，所述混合出口区与扩散混合区相连。

本实用新型所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其所述排气孔的开孔方向与外筒的径向形成一定夹角α。

本实用新型所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其在所述外筒外周设置有至少两个以外筒轴向中心对称分布的氧气入口区。

本实用新型所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其所述外筒上开设的若干排气孔采用非均布的排孔方式，使氧气均匀的分布并进入至初始混合区内。

本实用新型所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其所述外筒上开设的若干排气孔沿筒体周向和轴向的布置密度按离氧气入口区的距离远近逐渐变化，即离氧气入口区越近，所述排气孔的布置密度越小，离氧气入口区越远，所述排气孔的布置密度越大。

本实用新型所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其所述氧气入口区通过设置在外筒外周的环形扩径氧气通道与外筒内的初始混合区连通，所述环形扩径氧气通道完全覆盖外筒上开设排气孔的区域。

本实用新型所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其所述内筒靠近天然气入口区的一端呈锥形且设置在天然气入口区的下方。

本实用新型所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其所述初始混合区对应的外筒呈扩径结构，所述初始混合区对应的外筒内径为内筒内径的3～4倍。

本实用新型所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其所述流动发展区对应的外筒呈缩颈结构，所述流动发展区对应的外筒内径为内筒内径的1.5～2倍。

本实用新型所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其所述扩散混合区对应的外筒呈逐渐扩大的喇叭形结构，所述内筒由流动发展区末端开始逐渐缩颈，并延伸至外筒的混合出口区。

本实用新型通过内筒在外筒内的结构设计，使内筒在混合器内不同区域起到不同作用，初始混合区内筒的目的是为了防止天然气和氧气出现短路，流动发展区内筒的目的是为了缩聚混合气体，为扩散混合区中天然气和氧气的扩散混合提供良好的初始分布条件，有利于气体的扩散混合，扩散混合区渐减小的内筒能使得混合气体在流动过程中沿径向中心扩散，充分利用了混合气体在流动过程中的扩散维度。本实用新型的混合器具有混合效率高、设备体积小、结构简单、制造维修容易的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是外筒上开设排气孔的结构示意图。

图3是外筒上排气孔的分布示意图。

图4是扩散混合区内气体混合过程示意图。

图中：1为外筒，2为内筒，3为天然气入口区，4为混合出口区，5为初始混合区，6为流动发展区，7为扩散混合区，8为氧气入口区，9为排气孔，10为环形扩径氧气通道。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，一种天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，包括外筒1以及设置在外筒1内的内筒2，所述内筒2由外筒1一端的天然气入口区3延伸至另一端的混合出口区4，所述外筒1与内筒2配合，由天然气入口区3向混合出口区4依次形成初始混合区5、流动发展区6以及扩散混合区7，其中，内筒在混合器内不同区域起到不同的作用，初始混合区内筒的目的是为了防止天然气和氧气出现短路；流动发展区内筒的目的是为了缩聚混合气体，为扩散混合区中天然气和氧气的扩散混合提供良好的初始分布条件，有利于气体的扩散混合；扩散混合区渐减小的内筒能使得混合气体在流动过程中沿径向中心扩散，充分利用了混合气体在流动过程中的扩散维度。其中，在所述外筒1外周设置有氧气入口区8，在所述外筒1上沿径向开设有若干排气孔9，所述氧气入口区8通过若干排气孔9与初始混合区5相连，所述天然气入口区3与初始混合区5相连，所述混合出口区4与扩散混合区7相连。

如图2所示，为使得氧气和天然气在流动过程中产生周向旋流，增加滞留时间，促进混合气周向的混合，所述排气孔9的开孔方向与外筒1的径向形成一定夹角α，优选45°从而使氧气达到以一定喷射的角度进入混合器内部的目的。进一步地，为促使氧气沿周向均匀的进入混合器，在所述外筒1外周设置有至少两个以外筒1轴向中心对称分布的氧气入口区8。

在本实施例中，氧气入口区的外筒壳体上沿圆周对称均布两个入口管，氧气通过两个入口进入外筒壳体与内筒壳体之间的初始混合区，为便于制造，外筒体上开设的若干排气孔直径相同，但所述外筒1上开设的若干排气孔9采用非均布的排孔方式，使氧气均匀的分布并进入至初始混合区5内，即所述外筒1上开设的若干排气孔9沿筒体周向和轴向的布置密度按离氧气入口区8的距离远近逐渐变化，即离氧气入口区8越近，所述排气孔9的布置密度越小，离氧气入口区8越远，所述排气孔9的布置密度越大。

如图3所示，具体表现为：

(1)圆周方向0°(第1氧气入口)起至90°，以两列孔为一个单元，排孔密度逐渐增大；90°起至180°，以两列孔为一个单元，排孔密度逐渐减小。

(2)180°(第2氧气入口)起至270°，以两列孔为一个单元，排孔密度逐渐增大；270°起至360°(第1氧气入口)，以两列孔为一个单元，排孔密度逐渐减小。

(3)在高度方向上，离氧气入口的距离越远，排孔密度越大。

具体地，所述氧气入口区8通过设置在外筒1外周的环形扩径氧气通道10与外筒1内的初始混合区5连通，所述环形扩径氧气通道10完全覆盖外筒1上开设排气孔9的区域，通过环形扩径氧气通道的设置，能够对氧气入口区的氧气形成缓冲，并有利于氧气均匀的分布；所述内筒2靠近天然气入口区3的一端呈锥形且设置在天然气入口区3的下方。

如图1所示，为减小氧气沿排气孔径向流入混合器内部时对内筒造成的冲击，并增大初始混合区的空间，从而为氧气和天然气的初始混合提供缓冲，所述初始混合区5对应的外筒1呈扩径结构，所述初始混合区5对应的外筒1内径为内筒2内径的3～4倍。

为了减少流通面积强迫两种气流汇聚，达到天然气和氧气进一步混合，并为后续扩散混合区提供良好初始条件，所述流动发展区6对应的外筒1呈缩颈结构，所述流动发展区6对应的外筒1内径为内筒2内径的1.5～2倍。由于氧气和天然气进入混合器的方向垂直，混合气体在混合初期容易出现絮乱的流动，因此该区域需要有一定的长度，保证混合气体在流动方向和圆周方向的旋流充分发展过渡，为后续混合气体的扩散混合提供良好的初始条件，缓解后续扩散区的混合压力。

所述扩散混合区7对应的外筒1呈逐渐扩大的喇叭形结构，所述内筒2由流动发展区6末端开始逐渐缩颈，并延伸至外筒1的混合出口区4，混合气沿环段进入该区域后，随着流通面积的逐渐增大，流体的流速会逐渐减小，最重要的是气体还会沿着周向流动，径向扩散；为保证由流动发展区到扩散混合区的自由过渡和平稳衔接，内筒和外筒采用较小的锥角进行过渡。通过该结构设计，一方面使流道的流通面积逐渐增大，流体流速逐渐减小，增大天然气和氧气在混合器中的停留时间；另一方面基于扩散传递的机理，混合气体沿轴向流动时会同时向径向中心和外径扩散，如图4所示，该结构充分利用了混合气体在流动过程中的扩散维度，使得混合气能够沿径向和周向充分混合，极大的提升了天然气和氧气的混合效率，减小了设备的体积。

本实用新型的混合器通过混合过程的行为将混合器划分为不同的区域，分别对各个区域的功能进行改进，从原理上改善了设备的结构，从而保证了混合器的性能，此外通过较短的长度既达到充分混合的目的，又能通过简单的内筒和外筒组合结构达到降低流体阻力降，达到了节能降耗的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，包括外筒(1)以及设置在外筒(1)内的内筒(2)，其特征在于：所述内筒(2)由外筒(1)一端的天然气入口区(3)延伸至另一端的混合出口区(4)，所述外筒(1)与内筒(2)配合，由天然气入口区(3)向混合出口区(4)依次形成初始混合区(5)、流动发展区(6)以及扩散混合区(7)，在所述外筒(1)外周设置有氧气入口区(8)，在所述外筒(1)上沿径向开设有若干排气孔(9)，所述氧气入口区(8)通过若干排气孔(9)与初始混合区(5)相连，所述天然气入口区(3)与初始混合区(5)相连，所述混合出口区(4)与扩散混合区(7)相连。

2.根据权利要求1所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其特征在于：所述排气孔(9)的开孔方向与外筒(1)的径向形成一定夹角α。

3.根据权利要求1所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其特征在于：在所述外筒(1)外周设置有至少两个以外筒(1)轴向中心对称分布的氧气入口区(8)。

4.根据权利要求3所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其特征在于：所述外筒(1)上开设的若干排气孔(9)采用非均布的排孔方式，使氧气均匀的分布并进入至初始混合区(5)内。

5.根据权利要求4所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其特征在于：所述外筒(1)上开设的若干排气孔(9)沿筒体周向和轴向的布置密度按离氧气入口区(8)的距离远近逐渐变化，即离氧气入口区(8)越近，所述排气孔(9)的布置密度越小，离氧气入口区(8)越远，所述排气孔(9)的布置密度越大。

6.根据权利要求1所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其特征在于：所述氧气入口区(8)通过设置在外筒(1)外周的环形扩径氧气通道(10)与外筒(1)内的初始混合区(5)连通，所述环形扩径氧气通道(10)完全覆盖外筒(1)上开设排气孔(9)的区域。

7.根据权利要求1所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其特征在于：所述内筒(2)靠近天然气入口区(3)的一端呈锥形且设置在天然气入口区(3)的下方。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其特征在于：所述初始混合区(5)对应的外筒(1)呈扩径结构，所述初始混合区(5)对应的外筒(1)内径为内筒(2)内径的3～4倍。

9.根据权利要求8所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其特征在于：所述流动发展区(6)对应的外筒(1)呈缩颈结构，所述流动发展区(6)对应的外筒(1)内径为内筒(2)内径的1.5～2倍。

10.根据权利要求8所述的天然气制乙炔裂解炉的高效混合器，其特征在于：所述扩散混合区(7)对应的外筒(1)呈逐渐扩大的喇叭形结构，所述内筒(2)由流动发展区(6)末端开始逐渐缩颈，并延伸至外筒(1)的混合出口区(4)。

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