[发明专利]一种对含有乙炔的高温裂解气体进行快速冷却装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于化工装置领域，具体涉及一种对含有乙炔的高温裂解气体进行快速冷却装置及方法。

背景技术

乙炔是一种重要的化工合成原料，在大宗化学品如聚氯乙烯、丙烯酸以及精细化工产品(如：维生素等)领域具有广泛的应用。传统的乙炔合成方法是电石水解法，由于电石水解制乙炔过程产生大量的固体废弃物和烟尘，存在严重的环境污染问题，其发展越来越受到限制。目前采用甲烷的部分氧化、高温等离子体热裂解以及等离子体直接热裂解煤制乙炔工艺，克服了常规电石水解工艺过程的污染严重的问题，具有很好的推广应用前景。但是由于乙炔的理想形成温度高达1300℃以上，而且乙炔在高温下是一种不稳定产物，所以对高温裂解产物的的快速冷却是实现高收率制备乙炔的技术关键，含乙炔高温裂解气体的快速冷却方法受到生产部门的高度重视。

中国实用新型专利(授权公告号CN201751009U与CN201807471U)公开了两种用于快速冷却的淬冷截至喷嘴的结构，这两种喷嘴取消了常规雾化喷嘴中采用内芯导流件的结构，直接采用具有收缩截面的螺旋状导流件，冷却介质可以通过导流件内部和外部喷入高温裂解气达到降温的目的。虽然具有可以避免冷却介质中固体颗粒赌塞喷嘴的优点，但是由于通道尺寸大，冷却介质与高温气体的接触有效面积小，需要使用大量的冷却介质。

中国实用新型专利(授权公告号CN202962441U)介绍了一种可以调节冷却介质喷入高温裂解气位置的结构，通过调节机构实时调整，但结构复杂。中国实用新型专利(授权公告号CN201704232U)公开了一种快速冷却的结构，该冷却结构由淬冷器本体和淬冷器内芯组成，在淬冷器内芯和本体上装有若干雾化喷嘴。该结构的优点是能够有效提高冷却介质与高温气体的有效接触面积，实现高温气体的快速冷却，但是在实际运行过程中，循环冷却介质中难免混有不同尺寸的固体颗粒，喷嘴容易堵塞引起冷却介质量下降，从而影响冷却效果。

中国发明专利申请(公开号CN102336627A)公开了一种通过利用含有甲烷、氢气乙烷、乙烯的气体作为雾化介质将柴油雾化后与高温等离子体裂解气体进行混合实现高温气体的快速冷却的方法。该方法的优点是通过气相原子级别的混合能够实现高温气体的快速冷却，但是由于引入柴油、乙烷、乙烯等碳氢化合物，由于这些物质的加入使体系温度降低，最终大部分的柴油等物质分解为乙烯、丙烯等多种化合物，从而使得冷却后的气体组成复杂化，对后续的分离提纯产生不利的影响。

总之，目前各种工艺过程中所采用的冷却方法难以兼顾冷却效果和冷却器长期工作的稳定性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提出一种能够长期稳定工作的对含有乙炔的高温裂解气体进行快速冷却装置及方法，解决现有技术中存在的难以兼顾冷却效果和冷却器长期工作的稳定性等问题。

本发明的技术方案是：

一种对含有乙炔的高温裂解气体进行快速冷却装置，该装置是一个具有特定内腔结构的圆柱体，管状高温热裂解反应腔体的出口与冷却器的入口相连，冷却器的入口是一个具有直径为D1的圆柱形腔体，在该腔体的下游是：截面逐渐收缩→直通段→逐渐扩展的通道或截面逐渐收缩→逐渐扩展的通道；其中，截面逐渐收缩→直通段→逐渐扩展的通道为渐缩段、直通段、渐扩段组合结构，渐缩段与渐扩段之间为直段过渡；截面逐渐收缩→逐渐扩展的通道为渐缩段、渐扩段组合结构，渐缩段与渐扩段之间为圆滑过渡；在直径为D1的圆柱形腔体内壁上有一系列的孔道，孔道与外侧的环形冷却介质储存腔体相连，冷却介质入口与冷却介质储存腔体连通。

所述的对含有乙炔的高温裂解气体进行快速冷却装置，孔道的形状是圆柱形或长方体形，其中：圆柱形孔道的直径介于1～15毫米之间；长方体孔道的长宽比大于2/1，宽边的最小尺寸为1～10毫米之间。

所述的对含有乙炔的高温裂解气体进行快速冷却装置，优选的，圆柱形孔道的直径介于5～10毫米之间；长方体孔道宽边的最小尺寸为5～10毫米之间。

所述的对含有乙炔的高温裂解气体进行快速冷却装置，圆柱形腔体的直径D1与热裂解反应腔体的直径D0比为D1/D0＝1～2.5；渐缩段与渐扩段之间过渡部分的直径为D2，渐缩段与渐扩段之间过渡部分直段过渡的长度h3为0.1D2～1D2，D2/D0＝1～1.5。

所述的对含有乙炔的高温裂解气体进行快速冷却装置，优选的，圆柱形腔体的直径D1与热裂解反应腔体的直径D0比D1/D0＝1～1.5，渐缩段与渐扩段之间过渡部分的直径为D2与热裂解反应腔体的直径D0比D2/D0＝1～1.2。