[发明专利]用于制备乙炔和合成气体的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过在反应器中将烃部分氧化来制备乙炔和合成气体的改进设备和改进方法，其中含烃料流和含氧料流被供送到该反应器。

背景技术

通常在由混合单元、燃烧器块、燃烧空间和骤冷装置构成的反应器中进行用于将烃部分氧化的高温反应。在高温范围内进行这种部分氧化的一个示例是通过将烃部分氧化来制备乙炔和合成气体。例如，这在DE 875198、DE 1051845、DE 1057094和DE 4422815进行了描述。

这些文献阐述了通常用于BASF-Sachsse-Bartholomé乙炔法的混合器/燃烧器块/燃烧空间/骤冷组合，在下文中，该组合被简称为“反应器”。

在该方法中，将原料如天然气和氧气分别加热通常至高达600℃。在混合区中，使反应物强力混合，流经燃烧器块，然后在燃烧空间中进行放热反应。在这些情况下，燃烧器块包括特定数量的平行通道，其中可燃性氧气/天然气混合物的流速高于火焰速度(反应速率、转换速率)以防止火焰侵入混合空间。对金属燃烧器块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“引燃延期时间”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。这决定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(由于合成方法中产率和/或能力的提高，其使用特别合乎需要)的特征在于相对高的反应性，并且因此具有短引发时间。

尽管通过这些设备实现的优点，但仍然具有改进的潜能。例如，在Sachsse-Bartholomé乙炔法中，重要的是反应物料流的完全混合。这种情况下，在已知设备中可能存在不希望的流体压力浪涌。尤其是在高产出量时，这会限制工厂的生产力，这是因为产量的增加只能通过压力增加来实现。另外，朝向混合最佳旋流式配流器的不对称流动会导致混合装置中的反应物浓度和质量流动密度分布不均，这会导致下游反应器的产量下降。

发明内容

因此，本发明的一个目的是给出一种设备和方法，该设备和方法至少基本减少上述的缺点，特别是避免旋流式配流器(Drallregister)下游的可能的分布不均。

本发明的基本构思是通过旋流式配流器的适当设计来避免旋流式配流器下游的可能的分布不均，该设计可以通过所谓的旋流数和用于产生旋流(涡流)的偏转板的类型和排列来限定。旋流式配流器和混合装置的横截面的创造性设计能够避免混合装置中的不希望的流体压力浪涌。这同样可以通过旋流数和雷诺数的特征参数来规定。

用于通过利用氧(氧气)将烃部分氧化来制备乙炔和合成气体的创造性设备包括混合单元、混合段和混合扩散器。所述混合单元具有用于供应含烃料流的供送孔口、用于供应含氧料流的供送孔口、旋流式配流器和分配板。所述分配板布置在所述混合段和所述用于供应含烃料流的供送孔口之间。所述分配板具有孔口。所述旋流式配流器布置在所述用于供应含氧料流的供送孔口和所述混合段之间。所述混合扩散器连接至所述混合段。

所述混合段可以基本是筒状的。所述分配板可以构造成使得在圆周方向上看时所述分配板完全包围所述混合段。所述旋流式配流器可以至少部分地布置在所述分配板内。所述分配板可以具有用于分配所述含烃料流的孔口。所述孔口可以以均匀分布的方式布置在所述分配板上。另选地，所述孔口可以以不均匀分布的方式布置在所述分配板中。所述分配板可以构造成使得所述孔口的横截面面积的总和与所述分配板的表面面积的比值为0.1至0.4，优选从0.2到0.3，甚至更优选从0.2到0.25，例如0.225。用于供应含烃料流的供送孔口可以相对于所述混合段的中心轴线基本径向地布置。用于供应含氧料流的供送孔口可以基本平行于所述混合段的中心轴线布置。所述混合段可以连接至具有长度和直径的混合管，所述长度和直径构造成使得在所述混合管中在通过利用氧将烃部分氧化来制备乙炔和合成气体的设备的操作中所述含氧料流和所述含烃料流的混合物具有0.2马赫(mach)到1马赫、优选0.3马赫到0.9马赫、甚至更优选0.4马赫到0.8马赫、例如0.6马赫的流动速率。所述旋流式配流器可以具有0.3到1，优选0.5到0.7，甚至更优选0.55到0.65，例如0.6的旋流数。换言之，流过旋流式配流器的流动具有这种旋流数的流动状态。