CN110270240B - 稀释蒸汽混合器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种稀释蒸汽混合器，包括内筒和外筒；所述内筒沿轴线方向形成一体结构的直筒段和扩筒段，所述直筒段自由端向外延伸至外筒外并形成原料入口；所述内筒与外筒之间通过直筒段固定相连；所述扩筒段自由端横截面半径逐步扩大，并使自由端末端端口与外筒内壁之间形成细小间隙；所述扩筒段的圆周壁上设有上下两组角度相互错开的蒸汽通孔；所述内筒扩筒段对应的外筒筒壁上设有蒸汽入口。本发明结构简单，操作方便，可有效控制蒸汽稀释比，并可在有限的时间及空间内使稀释蒸汽与气相裂解原料充分混合均匀。
Description
技术领域
本发明属于混合器设备技术领域，具体涉及用于烃类裂解制取裂解气过程中稀释蒸汽与气相裂解原料相混合的混合器。
背景技术
乙烯裂解炉，即将烃类裂解制取裂解气的过程。在化学平衡上，烃类裂解的一次反应是体积增加的反应，降低反应压力有利于烃类向生成乙烯等低级烯烃的方向进行，提高目的产品收率；二次反应是气体体积减小的反应，降低压力可以抑制二次反应的进行，减少结焦。在动力学上，尽管压力不能改变反应速度常数，但它可通过反应物浓度变化来影响反应速度，由于一次反应的反应级数比二次反应的小，降低压力可增大一次反应对于二次反应的相对速度。
由上述两个方面可见，无论从热力学还是动力学上，降低压力对一次反应都是有利的，并可抑制二次反应的进行。
由于烃类裂解反应是在高温下进行的，通过采用直接减压的方法，一是安全性存在问题，高温下裂解炉不易密封，一旦空气漏入高温炉管内，会发生***；二是对后续的裂解气压缩不利，会使能量负荷加大，能耗增加，因此工业上采用间接减压的办法，即采用加入稀释剂的办法降低炉管内的烃分压，工业上通常采用水蒸气作为稀释剂。
蒸汽稀释比就是稀释蒸汽与裂解原料质量流量之比值。稀释比增大，可以使烃分压减小，并提高炉管物流速度，减少膜温降，也相对缩短了停留时间。但是，稀释比过大，也会带来某些不利影响，如降低设备的生产能力，增加蒸汽和燃料消耗，所以必须控制适当的稀释比。稀释比随裂解原料的不同而不同，其原则是在能防止结焦的条件下，尽量少用稀释蒸汽，只有当原料容易结焦时，才适当加大稀释比。
水蒸气作为稀释剂的优点，主要体现在以下几个方面：
① 稳定裂解温度。水蒸气热容量较大，当操作供热不平稳时，它可以起到稳定温度的作用，还可以保护炉管防止过热。
② 保护炉管。当有水蒸气存在时，由于高温蒸汽有氧化性，可以抑制裂解原料中所含的硫对炉管的腐蚀，所以，即使含硫量高达 2%（质量分数），也不足以构成对炉管的腐蚀威胁。
③ 脱除结炭。炉管的铁和镍能催化烃类气体的生炭反应，水蒸气对铁和镍有氧化作用，可抑制它们对生炭反应的催化作用，而且水蒸气对已生成的炭有一定的脱除作用。
所以，在有限的裂解炉空间中，如何加入稀释蒸汽位一个重要的研究课题和方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稀释蒸汽混合器，其结构简单，操作方便，并可在有限的时间及空间内使稀释蒸汽与气相裂解原料充分混合均匀。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种稀释蒸汽混合器，包括内筒和外筒；所述内筒沿轴线方向形成一体结构的直筒段和扩筒段，所述直筒段自由端向外延伸至外筒外并形成原料入口；所述内筒与外筒之间通过直筒段固定相连；
所述扩筒段自由端横截面半径逐步扩大，并使自由端末端端口与外筒内壁之间形成细小间隙；所述扩筒段的圆周壁上设有上下两组角度相互错开的蒸汽通孔；
所述内筒扩筒段对应的外筒筒壁上设有蒸汽入口。
作为本发明的进一步改进：所述外筒主体为直筒结构，末端为缩径结构。这样直筒结构与末端缩径结构的配合可进一步加强裂解气与稀释蒸汽气流在外筒下部空间内的混合扰动，促使其在外筒下部空间内的充分混合。
作为本发明的进一步改进：所述扩筒段呈圆台结构。所述扩筒段圆台结构的轴截面底角α为75-85度。这样扩筒结构的设计会使气体流速降低，更有利于气体的吸入引流；同时可以确保流体表面阻力最小，流体压降损失最小。
作为本发明的进一步改进：所述蒸汽通孔的中心轴线向外筒出口端倾斜，从而进一步加快混合速率。
作为本发明的进一步改进：由于稀释蒸汽通过蒸汽通孔喷射入内筒扩筒段区域，从而射流穿透到裂解原料气流中，当要达到大尺度宏观浓度分布均匀性时，此需要稀释蒸汽的动量大于裂解原料气流动量。高速射流造成剪切层，剪切层的不稳定性，会带动周围流体的运动，从而将裂解原料流体破碎成许多小的微团，从而提高了分子扩散的面积，达到流体的均匀混合。因此，稀释蒸汽要形成射流，蒸汽通孔孔径要求较高。对于一定量的开孔面积，孔径小，流速高，虽然稀释蒸汽的湍流程度大，但稀释蒸汽喷射后的喷射面积小，无法完全带动边界层的流动；孔径大，流速小，无法形成高速喷射流体，带动裂解气气流，因此本发明所述的蒸汽通孔孔径控制在10-20mm。
本发明的工作原理为：裂解原料由裂解炉对流段转出后，进入稀释蒸汽混合器的内筒，裂解气顺着内筒直筒段自上而下流动；稀释蒸汽通过蒸汽入口进入外筒与内筒形成的上部空腔内进行缓冲，再通过蒸汽通孔进入外筒与内筒形成的下部空腔内；稀释蒸汽与裂解气在内筒的扩筒段达到粗混合，再在外筒下部空间内进一步使裂解气与稀释蒸汽混合。
本发明结构简单，操作方便，可有效控制蒸汽稀释比，并可在有限的时间及空间内使稀释蒸汽与气相裂解原料充分混合均匀。
附图说明
图1为本发明的主视结构图；
图2为本发明中内筒的结构示意图；
图3为图2中A-A剖视放大结构图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。
如图1所示：本实施例涉及一种用于稀释蒸汽与气相裂解原料混合的稀释蒸汽混合器，其包括内筒和外筒。
如图1所示：外筒1主体为直筒结构，其直径为270mm，上端端口用于与内筒2的连接，下端端口呈缩径结构，缩径后形成的最小直径大于或等于外筒直筒部分的半径，缩径结构使向下气流再一次产生扰动，进而使裂解气与稀释蒸汽进一步强化混合。对应内筒扩筒段22位置，所述外筒1筒壁上设有蒸汽入口11。
如图2所示：内筒2沿轴线方向即从上到下形成一体结构的直筒段21和扩筒段22，直筒段11直径为150mm,直筒段11自由端向外延伸至外筒外并形成原料入口211；内筒直筒段21中间部分通过法兰或焊接与外筒1上端端口固定相连。
如图2所示：内筒的扩筒段22自由端半径逐步扩大，形成圆台结构，使其更有利于气体的吸入引流，但扩筒段扩展角度太大的话，流体阻力会增大，压降会增大。所形成的圆台结构的轴截面底角α本实施例中为80度，从而控制扩筒段的扩筒角度，从而可以确保流体阻力损失最小，确保混合效果。
如图1所示：由于裂解原料与裂解气混合前，温度350℃左右，温度差会引起内筒轴向的热膨胀，所以内筒扩筒段22自由端端口与外筒1内壁之间形成细小间隙；另外，稀释蒸汽可透过极小的缝隙对四周下部的气体进行吹扫，避免引起积液，产生死区。
如图2、图3所示：内筒扩筒段22的圆周壁上设有上下两组角度相互错开的蒸汽通孔221，从而使稀释蒸汽分散，并相对均匀地进入内筒扩筒段区域；为了使稀释蒸汽形成高流射气流，蒸汽通孔221孔径控制在为10-20mm，本实施例中蒸汽通孔221孔径为15mm。为了促进高速气流带动裂解原料向下流动，加快混合速度，蒸汽通孔221的中心轴线向外筒出口端倾斜。
以上所述，仅用于说明本发明的技术方案而并非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种稀释蒸汽混合器，其特征在于：包括内筒和外筒；
所述内筒沿轴线方向形成一体结构的直筒段和扩筒段，所述直筒段自由端向外延伸至外筒外并形成原料入口；所述内筒与外筒之间通过直筒段固定相连；
所述扩筒段自由端横截面半径逐步扩大，并使自由端末端端口与外筒内壁之间形成细小间隙；所述扩筒段的圆周壁上设有上下两组角度相互错开的蒸汽通孔；
所述内筒扩筒段对应的外筒筒壁上设有蒸汽入口。
2.根据权利要求1所述的稀释蒸汽混合器，其特征在于：所述外筒主体为直筒结构，末端为缩径结构。
3.根据权利要求1所述的稀释蒸汽混合器，其特征在于：所述扩筒段呈圆台结构。
4.根据权利要求3所述的稀释蒸汽混合器，其特征在于：所述扩筒段圆台结构的轴截面底角α为75-85度。
5.根据权利要求1所述的稀释蒸汽混合器，其特征在于：所述蒸汽通孔的中心轴线向外筒出口端倾斜。
6.根据权利要求1所述的稀释蒸汽混合器，其特征在于：所述蒸汽通孔孔径为10-20mm。
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