[发明专利]用于反应器的气体混合器和分配器

说明书

本发明涉及用于混合两种或多种气体及分配气体混合物到反应器进口的设备。例如，使气态烃原料与含氧气体混合，并把混合物送入用于烃原料的部分氧化的催化反应器中。

部分氧化催化反应器用于通过对烃气体混合物的反应来变换烃，所说的烃混合物可以是气体烃或汽化了的液态烃和氧化剂。氧化剂可以是蒸汽、氧、空气或它们的混合物。反应所形成的生成物包括氢、甲烷、二氧化碳和一氧化碳。生成物气体可用作燃料和/或用于氢或一氧化碳的生产或一种或多种如氨、甲醇、羧基化合物及加氢化合物等产品的合成的基础原料。

长期以来，人们认识到，在混合及传送气体组分到反应器时，现有技术需要将气体组分完全混合，以及需要防止从反应室进入混合室的火焰逆燃。混合不充分将降低产品的质量，因此，这些产品中将含有过氧化的成分、未氧化的成分和产生所不希望的碳沉积物的游离碳。逆燃也产生类似的结果，另外还能造成混合器和分配设备的热损坏。

一种用于消除逆燃的现有设备是在混合室和反应室之间插接一个具有一个或多个节流通道的分配器，气体混合物流过一个或多个节流通道的速度必须大于逆燃速度，此逆燃速度即，火焰以这个速度在可燃性混合物中从反应室向混合室发展。该技术还认为从狭小或节流通道到反应室进口提供一逐渐增大的截面是重要的。以此，气流在反应室进口处产生的涡流或紊流可减小到最小的程度。这种涡流或紊流有助于逆燃。在混合室和反应室之间插接有分配器的这些设备中，混合室可能含有易爆的混合物及产生进气或出气压降，由此将导致设备的损坏。

在现有技术中，美国专利3871838公开了一种将汽油转化成较高级辛烷气体燃料的装置，其中有许多管子，所说管子在其汽化气流的整个横截面上开有许多孔，用以与氧混合并形成狭窄的通道。作为管壁一部分的隔板为一平面，并且在朝着反应器的方向逐渐增大狭窄的通道。辛烷燃料用于汽车发动机并使其燃烧得更完全，产生更少的污染，虽然在现有技术中公开了各种适合于生产需求量日益增加的辛烷燃料的设备，但这些设备一般不适合大规模的烃转化，例如，较大规模石油精炼或合成气的生产设备。

本发明概括地说是用于输送气体反应混合物到反应器的气体混合器和分配器，气体混合器和分配器具有第一和第二腔室，相应的气体组分被分别送入第一和第二腔室，第二腔室插接在第一腔室和反应器进口之间，气体混合、分配器包括许多封闭的器壁，如管子或导槽，这些器壁形成了许多狭窄的从第一腔室穿过第二腔室的通道，用来引导第一气体到反应室，在狭窄的通道器壁上开有许多喷口，用于将第二气体在通道内与第一气体组分混合，通过通道的气流是处于紊流状态，其速度大于混合物的逆燃速度。狭窄的通道包括具有均匀横截面的第一部分和横截面逐渐增大的第二部分。通道第一部分的开始端与第一腔室连通，而通道第二部分连接在第一部分的另一端和反应器之间。喷口开在通道的第一部分上，喷口距通道第一部分的下端的距离，应确保第一和第二气体组分在进入通道第二部分以前在通道第一部分内基本上完全混合。

本发明的一个目的是提供一种用于反应器的气体混合器的分配器，该反应器能减少产品中反应不足和过分反应部份，并能减少不需要的副产品。

本发明的另一个目的是通过改进进入反应器的混合均匀性及完全度来提高反应器的产量。

本发明的一个特征是，多个狭窄通道的结构是具有细长的直线型狭口部分，在其中，气体组分被混合，而且气流速度大于逆燃速度，以及处于紊流状态，这样直线狭口部分的气体组分的混合是充分的。

本发明的另一个特征是，通过器壁上的喷口，将第二气体喷入直线型狭口通道部分，在一定的距离中产生一速度大于逆燃速度的紊流，该距离是从喷口到直线型通道的出口处，这个距离等于或大于使气流基本上完全混合的距离。

本发明的其它的目的、优点和特征从下面的最佳实施例的描述及参照相应的附图将得到进一步的理解。

图1是按照本发明的一个在其进口处有一混合器和分配器的反应器的正剖视图。

图2是图1中的混合器和分配器的局部放大正剖视图。

图3是图1中的混合器和分配器四分之一断面的顶视图。

图4是图1中的混合器和分配器四分之一断面的仰视图。

图5是图1和图2中的混合器和分配器断面的正剖视图，并给出了关键尺寸。

图6是一个类似于图4，但分配器的结构有所改进的仰视图。

图7是一个类似于图2，但混合器和分配器有所改进的放大正剖视图。

图8是按照本发明的具有进一步改进了混合器和分配器输入部分的反应器的局部正剖视图。