一种新型甲烷部分氧化制乙炔裂解炉的制作方法

1.本实用新型属于制备乙炔用裂解炉的技术领域，具体涉及一种新型甲烷部分氧化制乙炔裂解炉。


背景技术：

2.近年来，随着三大合成材料的兴起及有机合成产品的发展，乙炔的需求量越来越大，其生产方法越来越受到重视。现有比较成熟的生产方法分为两大类：电石乙炔法、甲烷部分氧化制乙炔。电石乙炔法因环保、能耗问题突出发展已经受到限制。甲烷部分氧化制乙炔技术逐步进入发展期。更多的企业选择甲烷部分氧化制乙炔技术。甲烷部分氧化制乙炔技术的发展以及优化很大程度上得到了发展。
3.甲烷部分氧化技术的核心设备是裂解炉，该设备现在主要有两家技术比较成熟。但是各自存在一些缺陷。bsf乙炔炉设备结构复杂备件需要特制加工、裂解后炭黑产量较多需要较大的除尘器除去炭黑。乌克兰技术反应不稳定，裂解后的反应复杂不能有效的终止反应、单耗较高、设备烧嘴板易烧坏、运行周期短等突出问题。随着天然气化工的快速发展，甲烷部分氧化制乙炔裂解炉成为一个重要的课题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种新型甲烷部分氧化制乙炔裂解炉，通过混合器以及文丘里喉管的设置实现了甲烷与氧气的充分混合，具有较好的实用性。
5.本实用新型主要通过以下技术方案实现：
6.一种新型甲烷部分氧化制乙炔裂解炉，包括依次连接的混合器、文丘里喉管、扩散道、烧嘴板、反应室，所述混合器包括本体、甲烷分流筒、内套筒，所述本体的内部设置有内套筒，所述内套筒的内部顶部设置有甲烷分流筒；所述本体的一侧设置有与内套筒连通的氧气进口，且顶部设置有与甲烷分流筒连通的天然气进口，所述内套筒的侧壁沿周向设置有若干倾斜设置的切向喷气孔，所述甲烷分流筒为倒锥形结构，且侧壁沿周向设置有若干旋流斜切孔、底部设置有若干直喷孔。
7.为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述旋流斜切孔与竖直轴线的夹角为35
°
。
8.为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述烧嘴板的一侧分别连通设置有内辅氧进口、外辅氧进口，且烧嘴板上分别对应设置有轴向辅氧进管、径向辅氧进管。
9.为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述烧嘴板内部设置有冷却腔，所述烧嘴板沿周侧设置有若干个与冷却腔连通的冷却水进口、冷却水出口。
10.为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述反应室内部从上至下依次设置有热炭黑水环喷、若干个冷炭黑水环喷。
11.为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述反应室上还设置有刮碳棒。
12.为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述反应室的侧壁连通设置有裂化气出
口管线，且反应室的底部设置有分离罐，所述反应室与分离罐连接处设置有上排炭阀，且分离罐的底部设置有排炭管线，所述分离罐与排炭管线之间设置有下排炭阀。
13.本实用新型在使用过程中，甲烷和氧气分别经过预热炉预热至650℃，预热后的甲烷气体从本体的天然气进口进入至混合器的甲烷分流筒，通过甲烷分流筒将甲烷气体以螺旋式喷射出。预热后的氧气从本体的氧气进口进入至混合器的本体，氧气进入混合器的本体后通过内套筒高速切向进入内套筒的内部，氧气在切向喷气孔同一平面上平行运动，此时甲烷则沿着内套筒壁做高速螺旋运动，大部分旋流的甲烷气体带动氧气做高速涡流紊动。两种气流摩擦和碰撞能量被损失，混合的低压气体不断进入混合器内部的中心位置，甲烷分流筒底部也有直喷孔，混合的气体则与分流筒底部喷出的甲烷气体再次进行混合。经过混合后的气体进入文丘里喉管，此处气体经过缩径流速加快，混合气体的总压升高。通过文丘里喉管之后进入扩散道，混合气体的总压降低，甲烷与氧气进一步进行有效的混合，在此处混合均度可以达到99.9%。
14.甲烷与氧气的混合气体通过扩散道进入烧嘴板，混合气体通过烧嘴板的φ6孔，共127个。在烧嘴板内有内辅氧进口、冷却水进口、外辅氧进口介质加入，烧嘴板中的内辅氧进口、外辅氧进口进入混合气体参与燃烧，并稳定火焰，其压力以及流量严格控制。天然气与氧气进入是带有一定压力在烧嘴板的烧嘴处火焰长度被控制在8~10cm。出烧嘴板烧嘴的气体60%的甲烷被燃烧30%的甲烷发生部分氧化反应。此过程在反应室内完成。
15.同时在反应室内还发生其他的一些副反应。反应室的高度为20cm，在出反应室后必须终止反应。在反应室内部加入三根炭黑水环喷，热炭黑水环喷为热炭黑水，热炭黑水直接喷淋在反应室之下，裂解反应此时已经完成，必须终止反应才可以阻止高级炔烃的生成，所以热炭黑水环喷主要作用为终止反应。第一冷炭黑水环喷为冷炭黑水，经过热炭黑水环喷终止反应，裂解气的温度依然很高，必须降低温度。经过这股炭黑水冷却裂化气温度仍然为100℃以上，所以再通过第二冷炭黑水环喷加入一股冷炭黑水，冷炭黑水的温度大约在30℃，降低裂化气的温度至90℃以下。由于反应室内发生的反应中有乙炔裂解的反应产生了炭黑，附着在反应室内，设置刮碳棒进行手动刮碳。清理反应室内壁的积碳。
16.至此反应生成的裂化气从裂化气出口管线送入下游。清理完的的炭黑以及加入的炭黑水进入底部的分离罐，炭黑水通过炭黑水管线进入炭黑水管道。炭黑在分离罐底部沉积，定时进行排炭。快速关闭上排炭阀并打开下排炭阀，炭黑进入排炭管线，再迅速关闭下排炭阀打开上排炭阀。此操作在较短时间内完成，否则会造成炉内压力波动影响反应室内的反应。
17.本实用新型的有益效果：
18.（1）所述混合器采用旋流的方式导入甲烷气体，氧气在同一平面旋转，遇到自上而下快速导入的甲烷气体形成高速紊流，混合率提高10%；同时通过文丘里喉管再次通过增加压力提高流速，防止裂解炉出现涡流造成的回火现象，并且通过压力变化可以使混合气体再次进行充分混合。通过两次混合保证气体混合均度为99.9%，具有较好的实用性；
19.（2）所述烧嘴板通过加入冷却水不断冷却反应室的高温，保护烧嘴板不被烧坏，延长了烧嘴板的使用寿命；所述烧嘴板上设置有外辅氧以及内辅氧，内辅氧（轴向）可保证火焰在烧嘴板以下，远离烧嘴板，同样可保护烧嘴板，外辅氧（径向）则可稳定火焰使甲烷裂解过程在反应室内进行反应，具有较好的实用性；
20.（3）本实用新型安全性可靠，在反应室设置安全泄放装置，出现反应不可控制的情况及时泄放压力，避免装置发生重大爆燃事故；本实用新型操作精准性高，气体混合均度为99.9%，反应室的反应控制精准，副产物及炭黑产生量少；本实用新型可以长周期稳定运行，运行时间长、操作连续性高，使得在实际生产操作中单位能耗降低60%
‑‑
110%左右，具有很大的经济性和实用性。
附图说明
21.图1为本实用新型的结构示意图，
22.图2为混合器的结构示意图；
23.图3为甲烷分流筒的结构示意图；
24.图4为内套筒的截面结构示意图；
25.图5为烧嘴板的结构示意图。
26.其中：1.天然气进口、3.氧气进口、4.混合器、4
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1.本体、4
‑
2.内套筒、4
‑
3.甲烷分流筒、5.文丘里喉管、6.扩散道、7.烧嘴板、8.内辅氧进口、9.冷却水进口、10.冷却水出口、11.外辅氧进口、12.反应室、13.热炭黑水环喷、14.第一冷炭黑水环喷、15.第二冷炭黑水环喷、16.刮碳棒、17.裂化气出口管线、18.上排炭阀、20.分离罐、21.下排炭阀、22.排炭管线。
具体实施方式
27.实施例1：
28.一种新型甲烷部分氧化制乙炔裂解炉，如图1所示，包括依次连接的混合器4、文丘里喉管5、扩散道6、烧嘴板7、反应室12，如图2
‑
图4所示，所述混合器4包括本体4
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1、甲烷分流筒4
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3、内套筒4
‑
2，所述本体4
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1的内部设置有内套筒4
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2，所述内套筒4
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2的内部顶部设置有甲烷分流筒4
‑
3；所述本体4
‑
1的一侧设置有与内套筒4
‑
2连通的氧气进口3，且顶部设置有与甲烷分流筒4
‑
3连通的天然气进口1，所述内套筒4
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2的侧壁沿周向设置有若干倾斜设置的切向喷气孔，所述甲烷分流筒4
‑
3为倒锥形结构，且侧壁沿周向设置有若干旋流斜切孔、底部设置有若干直喷孔。
29.进一步地，所述旋流斜切孔与竖直轴线的夹角为35
°
。
30.本实用新型在使用过程中，甲烷和氧气分别经过预热炉预热至650℃，预热后的甲烷气体从本体4
‑
1的天然气进口1进入至混合器4的甲烷分流筒4
‑
3，通过甲烷分流筒4
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3将甲烷气体以螺旋式喷射出。预热后的氧气从本体4
‑
1的氧气进口3进入至混合器4的本体4
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1，氧气进入混合器4的本体4
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1后通过内套筒4
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2高速切向进入内套筒4
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2的内部，氧气在切向喷气孔同一平面上平行运动，此时甲烷则沿着内套筒4
‑
2壁做高速螺旋运动，大部分旋流的甲烷气体带动氧气做高速涡流紊动。两种气流摩擦和碰撞能量被损失，混合的低压气体不断进入混合器4内部的中心位置，甲烷分流筒4
‑
3底部也有直喷孔，混合的气体则与分流筒底部喷出的甲烷气体再次进行混合。经过混合后的气体进入文丘里喉管5，此处气体经过缩径流速加快，混合气体的总压升高。通过文丘里喉管5之后进入扩散道6，混合气体的总压降低，甲烷与氧气进一步进行有效的混合，在此处混合均度可以达到99.9%。
31.所述混合器4采用旋流的方式导入甲烷气体，氧气在同一平面旋转，遇到自上而下快速导入的甲烷气体形成高速紊流，混合率提高10%；同时通过文丘里喉管5再次通过增加
压力提高流速，防止裂解炉出现涡流造成的回火现象，并且通过压力变化可以使混合气体再次进行充分混合。通过两次混合保证气体混合均度为99.9%，具有较好的实用性。
32.实施例2：
33.本实施例是在实施例1的基础上进行优化，如图1、图5所示，所述烧嘴板7的一侧分别连通设置有内辅氧进口8、外辅氧进口11，且烧嘴板7上分别对应设置有轴向辅氧进管、径向辅氧进管。
34.进一步地，如图5所示，所述烧嘴板7内部设置有冷却腔，所述烧嘴板7沿周侧设置有若干个与冷却腔连通的冷却水进口9、冷却水出口10。
35.本实用新型在使用过程中，甲烷与氧气的混合气体通过扩散道6进入烧嘴板7，混合气体通过烧嘴板7的φ6孔，共127个。在烧嘴板7内有内辅氧进口8、冷却水进口9、外辅氧进口11介质加入，烧嘴板7中的内辅氧进口8、外辅氧进口11进入混合气体参与燃烧，并稳定火焰，其压力以及流量严格控制。天然气与氧气进入是带有一定压力在烧嘴板7的烧嘴处火焰长度被控制在8~10cm。出烧嘴板7烧嘴的气体60%的甲烷被燃烧30%的甲烷发生部分氧化反应。此过程在反应室12内完成。
36.所述烧嘴板7通过加入冷却水不断冷却反应室12的高温，保护烧嘴板7不被烧坏，延长了烧嘴板7的使用寿命；所述烧嘴板7上设置有外辅氧以及内辅氧，内辅氧（轴向）可保证火焰在烧嘴板7以下，远离烧嘴板7，同样可保护烧嘴板7，外辅氧（径向）则可稳定火焰使甲烷裂解过程在反应室12内进行反应，具有较好的实用性。
37.本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
38.实施例3：
39.本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，如图1所示，所述反应室12内部从上至下依次设置有热炭黑水环喷13、若干个冷炭黑水环喷。
40.进一步地，所述反应室12上还设置有刮碳棒16。
41.本实用新型在使用过程中，在反应室12内还发生其他的一些副反应。反应室12的高度为20cm，在出反应室12后必须终止反应。在反应室12内部加入三根炭黑水环喷，热炭黑水环喷13为热炭黑水，热炭黑水直接喷淋在反应室12之下，裂解反应此时已经完成，必须终止反应才可以阻止高级炔烃的生成，所以热炭黑水环喷13主要作用为终止反应。第一冷炭黑水环喷14为冷炭黑水，经过热炭黑水环喷13终止反应，裂解气的温度依然很高，必须降低温度。经过这股炭黑水冷却裂化气温度仍然为100℃以上，所以再通过第二冷炭黑水环喷15加入一股冷炭黑水，冷炭黑水的温度大约在30℃，降低裂化气的温度至90℃以下。由于反应室12内发生的反应中有乙炔裂解的反应产生了炭黑，附着在反应室12内，设置刮碳棒16进行手动刮碳。清理反应室12内壁的积碳。
42.本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
43.实施例4：
44.本实施例是在实施例1
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3任一个的基础上进行优化，如图1所示，所述反应室12的侧壁连通设置有裂化气出口管线17，且反应室12的底部设置有分离罐20，所述反应室12与分离罐20连接处设置有上排炭阀18，且分离罐20的底部设置有排炭管线22，且分离罐20与排炭管线22之间设置有下排炭阀21。
45.本实用新型在使用过程中，至此反应生成的裂化气从裂化气出口管线17送入下
游。清理完的的炭黑以及加入的炭黑水进入底部的分离罐20，炭黑水通过炭黑水管线进入炭黑水管道。炭黑在分离罐20底部沉积，定时进行排炭。快速关闭上排炭阀18并打开下排炭阀21，炭黑进入排炭管线22，再迅速关闭下排炭阀21打开上排炭阀18。此操作在较短时间内完成，否则会造成炉内压力波动影响反应室12内的反应。
46.本实用新型安全性可靠，在反应室12设置安全泄放装置，出现反应不可控制的情况及时泄放压力，避免装置发生重大爆燃事故；本实用新型操作精准性高，气体混合均度为99.9%，反应室12的反应控制精准，副产物及炭黑产生量少；本实用新型可以长周期稳定运行，运行时间长、操作连续性高，使得在实际生产操作中单位能耗降低60%
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110%左右，具有很大的经济性和实用性。
47.本实施例的其他部分与上述实施例1
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3任一个相同，故不再赘述。
48.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。