一种采用天然气部分氧化法制乙炔的裂解炉的制作方法

本发明涉及乙炔裂解设备，特别涉及一种采用天然气部分氧化法制乙炔的裂解炉。

背景技术：

乙炔裂解炉是天然气部分氧化法制乙炔的核心设备。天然气和氧气先分别通过预热炉加热到650℃左右，然后分别进入乙炔裂解炉混合器快速混合。然后混合气体通过烧嘴板多个混合喷管后，经过点火器点燃，在反应室发生氧化和热解反应。其中大约60％天然气与氧气发生火焰燃烧，同时释放出大量的热量。约30％的天然气在这些热量条件下发生裂解反应,还有约5％的天然气没有参与反应，而是以甲烷的形式存在于最后的裂解气中。这个过程的反应如下：

氧化反应：

裂解反应：2ch4→c2h2+3h2-q(4)

乙炔分解反应：c2h2→2c+h2-q(5)

这个反应过程中产生的炭黑，一部分随裂解气排出，一部分则会粘附在烧嘴板反应室内壁上，经过一定时间的累积，反应室内壁聚集的焦炭使得反应室容积变小，这样则改变了气体的停留时间，影响了反应效果。所以需要定期使用刮炭装置清理反应室内壁的附着物。裂解气体经上下两层环状喷水管淬冷装置喷出的水冷却后从下壳体侧面管口排出，而炭黑水则从下壳体底部排出。

目前运行比较成熟的是四川维尼厂引进basf技术制造的乙炔裂解炉。虽然在近二十年，该乙炔裂解炉很好的满足了生产需求，但同时也存在不少问题。该乙炔裂解炉高达12米多，一定程度限制了安装空间。混合器不仅内部结构复杂，整体尺寸也非常大，需要现场组装。一方面给装配工作带来极大的不便，另一方面，现场组装难以保证设备的装配精度，影响设备寿命和生产效率。烧嘴板的套筒法兰为了配合混合喷管的分布，其内孔迎接喷管一端设计为六边形，这便给机加工带来不便。现有乙炔裂解炉烧嘴板反应室为多边形棱台结构，由于棱台折线边的存在，刮炭过程中反应室受力非常不均匀，不但影响了刮炭效率，还容易损坏设备，想要实现自动刮炭的功能也较难。目前运行的乙炔裂解炉水淬冷装置分为三层或一层布置，三层布置由于喷头个数太多，喷孔直径太小容易造成堵塞；一层布置由于水量过于集中，冷却效果差。

所以非常有必要对现有乙炔裂解炉进行改良，来降低设备的加工成本和提高加工效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用天然气部分氧化法制乙炔的裂解炉，有效的克服了现有技术的缺陷。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种采用天然气部分氧化法制乙炔的裂解炉，包括混合器、烧嘴板、炉体和水淬冷装置；

上述炉体内部中空，且上端开口；

上述烧嘴板密封安装在上述炉体的开口端，其下端具有内部中空上下端敞口的气体反应室，上述气体反应室位于上述炉体的开口端内部；

上述混合器密封安装在上述烧嘴板的上端，且出气端与上述气体反应室连通；

上述水淬冷装置设置在上述炉体内，并位于上述气体反应室下方靠近气体反应室的位置；

上述炉体具有点火器，上述点火器的点火端伸入上述气体反应室内。

本发明的有益效果是：整体结构简单，体积小，气体混合均匀，混合气体燃烧效率高，便于碳焦的清理，生产效率高，有效降低了生产成本。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，上述混合器包括外壳体、中壳体、内壳体和扩散管；

上述外壳体为内部中空的圆柱状壳体，且其中部同轴设有上下贯穿其的安装通孔；

上述中壳体为内部中空且上下端均敞口的圆筒状壳体，且其外径与上述安装通孔的直径相等；

上述中壳体密封安装在上述安装通孔内，且其上下端分别延伸至上述外壳体的上下端外部；

上述中壳体位于上述外壳体内部的一段侧壁上均布有多个贯穿其侧壁的进气孔；

上述内壳体为圆柱状壳体，并同轴设置在上述中壳体内，且上述内壳体外壁与中壳体内壁之间通过多个连接件相连；

上述外壳体侧壁上设有连通其内部的氧气进气管；

上述扩散管为内部中空且上下端均敞口的圆筒状结构，且其内径由上至下逐渐均匀增大，上述扩散管的上端与上述中壳体的下端密封连接并内部连通，其下端构成上述混合器的出气端。

采用上述进一步方案的有益效果是整个混合器结构简单，制造成本低，气体混合均匀，效率高，利于后期乙炔的生产。

进一步，上述混合器还包括圆环形的挡板，上述挡板设置在上述外壳体内对应上述氧气进气管的位置，并同轴套设在上述中壳体外，上述挡板上端及下端与上述中壳体的外壁之间分别通过多个连接件相连。

采用上述进一步方案的有益效果是该环形档板的设计，使得进入外壳体内的氧气能够通过环形档板的引导均匀分散在外壳体与中壳体之间形成的腔体内，从而利于氧气均匀的进入中壳体内部，确保气体在中壳体内部混合更为均匀。

进一步，多个上述进气孔呈上下多层等间距的分布在上述中壳体位于上述外壳体内部的一段侧壁上，并分别由外至内向下倾斜设置，每层的多个上述进气孔沿周向均匀的分布在上述中壳体的外周上。

采用上述进一步方案的有益效果是该设计使得由进气孔进入的氧气能够在中壳体内由上至下流动的天然气引流下有效的进入中壳体内，降低气流的阻力。

进一步，每个上述进气孔的中心线均与上述中壳体的中轴线之间形成夹角β，且β＝45°。

采用上述进一步方案的有益效果是该角度设计合理，利于氧气的快速进入。

进一步，上述烧嘴板包括烧嘴板主体和上述气体反应室；

上述烧嘴板主体上均布有多个上下贯穿其的混合喷管；

上述气体反应室竖直设置，并为内部中空且上下端均开口的圆筒结构，其上端与上述烧嘴板主体的下端连接固定；

多个上述混合喷管分别与上述气体反应室内部的空腔连通；

上述气体反应室侧壁内部环设有冷却腔，上述反应室外壁上分别设有与上述冷却腔连通的冷却液进口和冷却液出口；

上述烧嘴板主体密封安装在上述炉体的开口端；

上述混合器出气端通过多个上述混合喷管与上述气体反应室连通。

采用上述进一步方案的有益效果是烧嘴板结构简单，加工方便，利于后期对应反应室的刮碳工作，同时，通冷通过对反应室的冷却可避免生成的乙炔气体在高温下继续反应，并且利于后续对乙炔气体的收集。

进一步，上述烧嘴板主体包括圆柱形的连接部和一体成型同轴设置在上述连接部上端的圆柱形的凸台；上述凸台的直径小于上述连接部的直径；多个上述混合喷管均布在上述烧嘴板主体上对应上述凸台的位置，多个上述混合喷管由上向下依次贯穿上述凸台和连接部，上述气体反应室的上端与上述连接部的下端连接固定。

采用上述进一步方案的有益效果是结构设计合理，利于与反应室的连接配合。

进一步，还包括刮碳机构，上述刮碳机构包括驱动杆和敲击棒，上述敲击棒竖直设置在上述炉体内，其上端伸入上述气体反应室内，上述敲击棒的上端安装有敲打头，上述炉体的侧壁上开有供上述驱动杆穿过的孔位，上述驱动杆一端穿过上述孔位并伸入上述炉体内与上述敲击棒连接固定，另一端位于上述炉体外，上述驱动杆可在外力作用下驱动敲击棒移动，并带动上述敲打头敲打上述气体反应室的内侧壁。

采用上述进一步方案的有益效果是通过该刮碳装置，可有效对反应室内壁混合气体燃烧后粘附在反应室内壁上的碳焦进行敲打除焦渣，操作比较方便，确保反应室内气体混合更均匀，燃烧效果更好。

进一步，上述水淬冷装置由至少两个上下间隔并水平设置的环形管道和水管接头组件组成，每个上述环形管道的内侧均间隔设有多个与其连通的喷头，位于最上方的上述环形管道内侧的多个上述喷头的喷淋方向均朝向上述气体反应室的下端开口处，其他上述环形管道内侧的多个上述喷头的喷淋方向均水平朝向环形管道的中部，上述水管接头组件安装在上述炉体侧壁上，并分别通过管道与每个上述环形管道连通，上述水管接头组件通过管道外接高压冷却液源。

采用上述进一步方案的有益效果是水淬冷装置结构简单，布局合理，进一步对生成的乙炔气体进行降温，降低乙炔在高温下继续反应的可能。

进一步，上述炉体底部的中部设有排污口，上述炉体的侧壁上设有排气口。

采用上述进一步方案的有益效果是便于排渣及收集生成的乙炔气体。

附图说明

图1为本发明的采用天然气部分氧化法制乙炔的裂解炉的结构示意图；

图2为本发明的采用天然气部分氧化法制乙炔的裂解炉中混合器的剖面结构示意图；

图3为本发明的采用天然气部分氧化法制乙炔的裂解炉中中壳体的断面结构示意图；

图4为本发明的采用天然气部分氧化法制乙炔的裂解炉中烧嘴板的剖面结构示意图；

图5为本发明的采用天然气部分氧化法制乙炔的裂解炉中混合喷管的分布结构俯视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、混合器，2、烧嘴板，3、炉体，4、水淬冷装置，5、点火器，6、刮碳装置，11、外壳体，12、中壳体，13、内壳体，14、扩散管，15、挡板，21、气体反应室，22、烧嘴板主体，23、连接法兰，31、排污口，32、排气口，41、环形管道，42、水管接头组件，61、驱动杆，62、敲击棒，111、氧气进气管，121、进气孔，211、冷却腔，212、冷却液进口，213、冷却液出口，221、混合喷管，222、连接部，223、凸台，224、辅氧管，2221、氧气进管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例：如图1所示，本实施例的采用天然气部分氧化法制乙炔的裂解炉包括混合器1、烧嘴板2、炉体3和水淬冷装置4；

上述炉体3内部中空，且上端开口；

上述烧嘴板2密封安装在上述炉体3的开口端，其下端具有内部中空上下端敞口的气体反应室21，上述气体反应室21位于上述炉体3的开口端内部；

上述混合器1密封安装在上述烧嘴板2的上端，且出气端与上述气体反应室21连通；

上述水淬冷装置4设置在上述炉体3内，并位于上述气体反应室21下方靠近气体反应室21的位置；

上述炉体3具有点火器5，上述点火器5的点火端伸入上述气体反应室21内。

乙炔生产过程中，向混合器1内同步通入适当配比的氧气和天然气，在混合器1内均匀混合，之后将混合气体通入烧嘴板2的气体反应室21内，通过点火器5对混合气体点燃，点燃后的混合气体在气体反应室21内燃烧最终生成乙炔气体，之后乙炔气体进入炉体3内经水淬冷装置4冷却降低温度，防止生成的乙炔气体在高温下继续反应，整个裂解炉，结构简单，高度降低，拆装更加方便，整台设备的加工成本进一步降低。同时，进入设备的天然气和氧气混合更加均匀，乙炔生成率一定程度增大，设备寿命显著提高。

在一些实施例中，如图2和3所示，上述混合器1包括外壳体11、中壳体12、内壳体13和扩散管14；

上述外壳体11为内部中空的圆柱状壳体，且其中部同轴设有上下贯穿其的安装通孔；

上述中壳体12为内部中空且上下端均敞口的圆筒状壳体，且其外径与上述安装通孔的直径相等；

上述中壳体12密封安装在上述安装通孔内，且其上下端分别延伸至上述外壳体11的上下端外部；

上述中壳体12位于上述外壳体11内部的一段侧壁上均布有多个贯穿其侧壁的进气孔121；

上述内壳体13为圆柱状壳体，并同轴设置在上述中壳体12内，且上述内壳体13外壁与中壳体12内壁之间通过多个连接件相连；

上述外壳体11侧壁上设有连通其内部的氧气进气管111；

上述扩散管14为内部中空且上下端均敞口的圆筒状结构，且其内径由上至下逐渐均匀增大，上述扩散管14的上端与上述中壳体12的下端密封连接并内部连通，其下端构成上述混合器1的出气端，工作过程中，预加热至650°左右温度的天然气由中壳体12的上端敞口处进入至中壳体12内部，预加热至650°左右温度的氧气由氧气进气管111进入外壳体11与中壳体12之间，再由中壳体12侧壁上的进气孔121进入中壳体12内部与天然气混合，因中壳体12内部设有内壳体13，使得中壳体12内部可有效混合的空腔截面面积减小，从而促进氧气及天然气在混合器内高效混合，整个装置结构比较简单，气体混合比较均匀、快速，最后混合后的气体由扩散管减缓其流速，以较始终的流速进入烧嘴板2的气体反应室21内进行燃烧裂解反应。

需要说明的是，上述通入中壳体12内部的天然气和通入氧气进气管111内的氧气的气压均为1.5倍大气压，确保具有足够的压力是两者在中壳体12内部混合。

上述扩散管14的内壁与其中轴线l之间形成夹角α，具体为内壁的延长线h与中轴线l之间形成夹角α，且6°≤α≤8°，该角度设计合理，能够满足扩散管14排出混合气体的流量适中，利于后续乙炔的生产。

较佳的，上述混合器1还包括圆环形的挡板15，上述挡板15设置在上述外壳体11内对应上述氧气进气管111的位置，并同轴套设在上述中壳体12外，上述挡板15上端及下端与上述中壳体12的外壁之间分别通过多个连接件相连，由氧气进气管111进入的氧气先接触档板15并沿档板15外周分流均布在档板15与外壳体11内壁之间的空腔，最终由档板15的上下方进入档板15内壁与中壳体12外壁之间的空间内，最后由中壳体12侧壁上的进气孔121进入中壳体12内，该设计使得氧气能够先在外壳体11内分流均匀，然后均匀的由中壳体12侧壁上的多个进气孔121同时进入，确保进入中壳体12内部的氧气能够在任何位置都能均匀分布，提高氧气与天然气混合的效率，同时也确保氧气与天然气能够混合均匀，保证后续乙炔的生产效率及质量。

多个上述进气孔121呈上下多层等间距的分布在上述中壳体12位于上述外壳体11内部的一段侧壁上，并分别由外至内向下倾斜设置，每层的多个上述进气孔121沿周向均匀的分布在上述中壳体12的外周上，该进气孔121的倾斜设计，使得天然气由中壳体12的上端自上向下流动时，其流动可对由进气孔121进入的氧气起到一定程度的牵引引流作用，确保氧气能够快速、顺畅的进入中壳体12内与天然气均匀、快速混合。

每个上述进气孔121的中心线s均与上述中壳体12的中轴线l之间形成夹角β，且β＝45°，该角度设计合理，大大降低了氧气由进气孔121进入时与进气孔121孔壁之间的阻力。

较佳的，上述内壳体13的上下端分别设为凸出的圆锥形，中壳体12上端通入天然气，天然气由上往下流动的过程中接触内壳体13的上端端部，此该锥形设计大大减小了天然气与内壳体13上端接触时的阻力，确保不会在此处形成平流层，从而使得天然气能够顺畅的自上往下流动，同时，在内壳体13的下端混合后的气体能够沿内壳体13下端的锥形表面平缓的合流，不会在内壳体13的下端形成平流层，确保混合气体的顺畅排出。

较佳的，多个上述进气孔121呈上下多层等间距的分布在上述中壳体12位于上述外壳体11内部的一段侧壁上，并分别由外至内向下倾斜设置，每层的多个上述进气孔121沿周向均匀的分布在上述中壳体12的外周上，该进气孔121的倾斜设计，使得天然气由中壳体12的上端自上向下流动时，其流动可对由进气孔121进入的氧气起到一定程度的牵引引流作用，确保氧气能够快速、顺畅的进入中壳体12内与天然气均匀、快速混合。

较佳的，上述烧嘴板2包括烧嘴板主体22和上述气体反应室21；

在一些实施例中，如图4和5所示，上述烧嘴板主体22上均布有多个上下贯穿其的混合喷管221；

上述气体反应室21竖直设置，并为内部中空且上下端均开口的圆筒结构，其上端与上述烧嘴板主体22的下端连接固定；

多个上述混合喷管221分别与上述气体反应室21内部的空腔连通；

上述气体反应室21侧壁内部环设有冷却腔211，上述反应室21外壁上分别设有与上述冷却腔211连通的冷却液进口212和冷却液出口213；

上述烧嘴板主体22密封安装在上述炉体3的开口端；

上述混合器1出气端通过多个上述混合喷管221与上述气体反应室21连通，乙炔生产过程中，由扩散管14通入的混合气体由多个混合喷管221的上端管口进入，最终导入反应室21的空腔内进行点燃，在此过程中，通过冷却液进口212向冷却腔211内不断通入冷却液，冷却液在冷却腔211内流动吸收混合气体点燃后生成的乙炔气体所携带的热量，后经冷却液出口213流程形成循环，持续吸收生成的乙炔气体含有的热量，降低乙炔气体在继续反应的概率，并且对生成的乙炔气体降温后，非常利于后期乙炔气体的收集工作。

较佳的，上述烧嘴板主体22包括圆柱形的连接部222和一体成型同轴设置在上述连接部222上端的圆柱形的凸台223；上述凸台223的直径小于上述连接部222的直径；多个上述混合喷管221均布在上述烧嘴板主体22上对应上述凸台223的位置，多个上述混合喷管221由上向下依次贯穿上述凸台223和连接部222，上述气体反应室21的上端与上述连接部222的下端连接固定，该设计便于连接部222与气体反应室21的连接，设计时，气体反应室21上端开口的轮廓线是围设在多个混合喷管221外部的，以确保由每个混合喷管221导入的混合气体都能有效的进入气体反应室21内部的空腔内。

较佳的，其中一个上述混合喷管221设置在上述烧嘴板主体22的轴心线l处，剩余的多个上述混合喷管221由内向外依次成周向均匀分布在位于上述烧嘴板主体22的轴心线l处的混合喷管221四周，混合喷管221的布局比较合理，混合气体能够均匀的进入气体反应室21的空腔内，此外，混合喷管221总体成狗一个圆形布局，相应的气体反应室21内腔也为与其匹配的圆柱形结构，非常利于气体反应室21内腔的清洗工作。

较佳的，上述烧嘴板主体22上对应上述凸台223的位置均布有多个上下贯穿其的辅氧管224，上述连接部222内设置有氧气进管2221，上述氧气进管2221一端开口并伸至上述连接部222外，多个上述辅氧管224分别与上述氧气进管2221连通，通过辅氧管224向气体反应室21内通入氧气，可提升混合气体的稳定性。

较佳的，上述氧气进管2221设有两根，并对称分布在上述连接部222的两侧，多根辅氧管224分别与两根上述氧气进管2221连通，两根氧气进管2221能够全面覆盖连通所有的辅氧管224，确保氧气能够进入均匀，进入速率也适中，从而进一步提升气体反应室21内空腔内部混合气体的稳定性。

上述氧气进管2221伸至连接部222外的一端设有连接接头，便于与氧气通入管道或其他管道连接。

较佳的，还包括连接法兰23，上述连接法兰23固定安装在上述烧嘴板主体22的上端端部，一般的烧嘴板主体22在使用过程中是要与气体混合器相连，因此，通过安装连接法兰23使得整个烧嘴板便于与混合器牢固连接。

在一些实施例中，还包括刮碳机构6，上述刮碳机构6包括驱动杆61和敲击棒62，上述敲击棒62竖直设置在上述炉体3内，其上端伸入上述气体反应室21内，上述敲击棒62的上端安装有敲打头，上述炉体3的侧壁上开有供上述驱动杆61穿过的孔位，上述驱动杆61一端穿过上述孔位并伸入上述炉体3内与上述敲击棒62连接固定，另一端位于上述炉体3外，上述驱动杆61可在外力作用下以驱动杆61与炉体3之间的连接点(支撑点)为支点驱动敲击棒62在水平以及竖直方向内任意移动，并带动上述敲打头敲打上述气体反应室21的内侧壁的任意位置，通过敲打可使粘附在气体反应室21内壁上的焦渣脱落，掉落在炉体3的底部，操作过程中，只需操作人员手动水平往复推动驱动杆61的另一端即可，同时，如果需要移动敲打棒62的位置时，只需外力向炉体3外抽拉或向炉体3内推送驱动杆61移动合适的距离即可。

需要特别说明的是，可以在上述驱动杆61的另一端设计自动化驱动机构，以使的整个除焦渣的过程不再需要人工操作。

在一些实施例中，上述水淬冷装置4由至少两个上下间隔并水平设置的环形管道41和水管接头组件42组成，每个上述环形管道41的内侧均间隔设有多个与其连通的喷头，位于最上方的上述环形管道41内侧的多个上述喷头的喷淋方向均朝向上述气体反应室21的下端开口处，其他上述环形管道41内侧的多个上述喷头的喷淋方向均水平朝向环形管道41的中部，上述水管接头组件42安装在上述炉体3侧壁上，并分别通过管道与每个上述环形管道41连通，上述水管接头组件42通过管道外接高压冷却液源，上述每个喷头内均具有旋流片，可使喷出的液体流速增加，整个水淬冷装置4喷出的冷却水喷淋覆盖面积大，改善了混合气的冷却效果，有利于工艺气生产率的提高。

较佳的，上述炉体3底部的中部设有排污口31，便于通过该排污口31排出掉落在炉体3底部的焦渣，上述炉体3的侧壁上设有排气口32，通过该排气口32利于生成的乙炔气体的后续收集工作。

需要特别说明的是，上述点火器5是可以从炉体3侧壁与其匹配的孔位处拉出或送入炉体3内的，在需要点火时，将点火器的点火端由该孔位送入炉体3内并经一部伸入至气体反应室21内，点火结束后，将点火器5拉出炉体3外，并封堵住孔位即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。