专利名称：用于气体的混合装置的制作方法
用于气体的混合装置本发明涉及用于混合第一气体和第二气体、且特别是含烃气体和含氧气体的装置。许多已知工艺中需要混合烃和含氧气体。许多这些工艺中，形成的混合物可以是 处于可燃状态下，其含义是如果该混合物与适宜的火源接触时将燃烧。燃料_氧气混合物 的可燃性，即使在可燃范围之内也是可以变化。由此，接近化学计量组成的燃料-氧气混合 物具有比接近于可燃极限的或者主要是富燃料的那些混合物更高的燃烧速度。特别地，这 种混合物容易点燃且产生将快速地经过可燃混合物传播的更稳定的火焰。这些接近化学计 量的混合物也可以导致在点燃之后产生相当大的压力和温度，且火焰仅可以通过取出反应 物而熄灭。需要有效的时间来混合燃料和氧气以及在该混合过程期间可以形成的多种混合 物。由此，期望使更高反应性的、接近化学计量的、可燃混合物的存在最小化，甚至在其中名 义上混合的组合物处于可燃状态之外或者在可燃范围之内但是具有较低燃烧速度性能的 混合物中。许多其它因素可以提高可燃上限，降低维持燃烧所需的氧数量，且扩大潜在可燃 气体混合物的范围，包括例如空气之外纯氧的使用、升高的温度和压力。由此期望快速且有效的混合，且高效混合器的目的是使高反应性富氧气体混合物 的体积最小化。自动热裂解工艺是用于生产烯烃的已知工艺，其中将烃和含氧气体混合并随后使 其与催化剂接触。烃在催化剂之上部分地燃烧，且产生的热用于驱动烃进料脱氢为烯烃。 EP-A-0332289中描述了这种工艺的实例。期望在接触催化剂之前均勻地混合和预热烃和含氧气体。但是，用于自动热裂解 工艺的烃和含氧气体的混合物是可燃的。由此，期望降低混合气流在反应器中的停留时间， 且特别地，通常期望，尤其是压力升高时，在显著小于1秒、通常显著小于IOOms之内混合烃 和含氧气体并使它们与催化剂接触。WO 2004/074222描述了用于烯烃自动热裂化的反应器，且特别地提供了使得 能够进行自动热裂化工艺的反应器设计，其中将气态反应物单独地预热、混合并随后与 适宜催化剂接触。WO 2004/074222描述了用于以均勻方式混合第一和第二气态反应物 (优选地烃和含氧气体)的两种具体布局。这些设计中之一涉及具有多个导管的管中管 (tube-in-tube)布局，每个导管中提供在喷嘴中终止的注射管，第一气体经过喷嘴离开到 导管中的第二气体中。现已发现，特定设计提供了在第一气体和第二气体的混合方面的仍进一步改进。特别地，本发明提供了用于混合第一气体和第二气体的混合装置，该混合装置包 括i)用于供给第一气体的线性第一管，所述第一管包括在上游端用于第一气体的入 口，并且所述第一管在下游端逐渐变细以形成喷嘴，所述喷嘴在用于第一气体的出口处具 有小于IOmm2的内面积的开口且在经过所述第一管供给第一气体中提供压降，和
ii)用于供给第二气体的线性第二管，所述第二管包括在上游端用于第二气体的入口，在喷嘴上游第一管的外表面周围形成环隙的第一部分，该环隙的长度为5 50mm 和横截面积是喷嘴开口面积的2 10倍，且其作用为在经过所述第二管供给第二气体中提 供压降，和在第一管的喷嘴周围形成夹套的第二部分，且其形成相对于环隙膨胀的横截面面 积，和其中a)布置该喷嘴和环隙，使得在供给第一和第二气体中产生的压降比例为2 1 1 2，b)喷嘴的外锥面相对于第一管纵轴的角度小于12°，和c)第二部分中第二管直径的任意变化相对于第二管纵轴小于12°。典型地，该混合装置包括多个本文中所定义的且串联提供的线性第一和第二管， 优选地至少100、更优选地至少500、且最优选地至少1000个第一和第二管(总计)。该混 合装置通常包含小于10000个第一和第二管(总计)。每个线性第一管和相关的线性第二 管可以认为是“一对”。对管优选地彼此均勻地间隔，最优选地使得第二线性管的出口具有 规则节距，优选地正方形节距或三角形节距。使用时，这样在第一和第二管的下游提供了混 合气体的均勻分布。使用时，依据本发明的混合装置提供了许多优点。首先，较小尺寸的每个线性第一 和第二管相对于更大设计提供了更有效的混合。该混合也在线性第一管的出口处以基本上 平行的方式发生，且较小尺寸的喷嘴和环隙避免了混合气体中的涡流运动。涡流气体可以 导致滞留或部分滞留区且提高总体停留时间。由此，本发明提供了获得快速且均勻混合气体同时使混合区中湍流和不稳定性最 小化的混合装置设计。并不期望受到理论显示，认为对于喷嘴锥面角度和管尺寸变化的限制对于保持平 坦流动而言是重要的。对于管尺寸变化的限制特别地排除比较急剧的变化，包括“阶梯”变 化，已发现其导致流动分离和流动中震荡。特别地，已通过实时CFD模拟确立了流动分离或流动再循环可能是设备中流动不 稳定性的根源。一些情形下这点可能导致混合物组成的实质性变化，导致在富燃料和贫燃 料组合物之间的快速震荡，这点是明显不期望的，因为这样可能导致短期的高气体温度或 反应熄灭。在具有多个管的优选实施方式中，使用大量的小尺寸管而非更少量的大管，容许 混合较大体积的可燃气体，同时减少每个管中潜在地可燃的混合物，这样限制了管内爆炸 的潜在量级。本发明的管尺寸也确保了每个管高的线性流速，这样可以将轻微的火焰传播 情形“吹”到管之外，防止了任意火焰的回流。本发明混合装置的一部分(i)包括用于供给第一气体的线性第一管，所述第一管 包括在上游端用于第一气体的入口，并且其在下游端逐渐变细以形成喷嘴，所述喷嘴在用 于第一气体的出口处具有小于IOmm2的内面积的开口且在经过所述第一管供给第一气体中 提供压降。
喷嘴的关键特征是较小的喷嘴开口以及喷嘴外锥面相对于第一管纵轴的角度小于 12°。优选地，喷嘴包括仅一个开口，且提供其使得经过该线性第一管流动的气体在轴 向上离开线性第一管的末端。更优选地，喷嘴外锥相对于第一管纵轴的角度小于7°。喷嘴开口的内面积优选地小于5mm2，例如0. 5 5mm2，最优选地1 3mm2 (0. 5 5mm2内面积对应于大约0. 8 2. 5直径的圆)。喷嘴开口的内面积应当小于该线性第一管 除喷嘴处之外的内横截面积。较小的喷嘴开口由此在线性第一管中设置压降。该压降范围 典型地为0. 1 4巴(10 400kPa)、优选为0. 3 3巴(30 300kPa)。除了为了使线性第一管位于线性第二管之内线性第一管的外部尺寸/直径必须 在任意特定位置均小于线性第二管的内径的事实之外，线性第一管的确切外对于本发明并 不是关键的。除喷嘴区域之外，即线性第一管在喷嘴处外表上逐渐变细的地方，通常线性第 一管的外径为2. 0 10. 0mm。外径可以沿着线性第一管的长度(除喷嘴处之外)变化。优 选地，线性第一管外径的任意变化产生相对于线性第一管纵轴的角度小于12°，更优选地 小于7°。在喷嘴出口处外径尽可能地接近于内径，即在这一点管的厚度尽可能小。实践中， 在出口处管厚度可以为0. 2 0. 5mm,即喷嘴开口的外径比内径大0. 4 1. 0mm。内径也可以沿着线性第一管的长度(除喷嘴处之外)变化。该管不必在内部逐渐 变细，使得小于IOmm2的内面积仅在对应于第一气体出口的线性第一管末端处发生，且可以 具有短长度(例如1 2mm)的钻孔，其内面积对应于开口面积，且随后加宽上游。任一种 形式，由于这段上游线性第一管的钻孔具有大于尖端处面积的横截面积，气体经过该线性 第一管的流动在喷嘴处被挤入更少直径中，且流动分层更少关注。由此在线性第一管之内 并不要求本发明其它表面的较温和斜面，但是通常优选最小化、优选地避免内径的阶梯变 化且最小化内径变化时的任意角度。本发明混合装置的一部分(ii)包括用于供给第二气体的线性第二管，该第二管 包括在上游端用于第二气体的入口，在喷嘴上游第一管的外表面周围形成环隙的第一部 分，该环隙的长度为5 50mm和横截面积是喷嘴开口面积的2 10倍，且其作用为在经过 所述第二管供给第二气体中提供压降，和在第一管的喷嘴周围形成夹套的第二部分，且其形成相对于环隙膨胀的横截面面 积。线性第二管的关键特征是在喷嘴上游第一管的外表面周围形成环隙的第一部分， 该环形横截面的长度为5 50mm和横截面积是喷嘴开口面积的2 10倍，和在第一管的 喷嘴周围形成夹套的且其形成相对于环隙膨胀的横截面区域的第二部分，以及第二部分中 第二管直径的任意变化产生相对于第二管纵轴的角度小于12°。本文中所使用的“(第一 /第二)管直径的任意变化产生相对于(第一 /第二) 管纵轴的角度小于(X) ° ”表示，由于小于规定角度的斜面或锥面(而非更高角度或阶梯， 例如)发生相应直径的变化。更优选地，第二部分中第二管直径的任意变化产生相对于第二管纵轴的角度小于
7° ο
该环隙在喷嘴上游立即由较窄横截面的长度来形成。为了避免疑问，本文中所使 用的“环隙”表示线性第一管的外表面与线性第二管的内表面之间的体积。该环隙相对于 与其流体连通的上游和下游体积(例如线性第二管与线性第二管内部任意表面之间)是低 横截面积的。该环隙的横截面是线性第一管外表面与线性第二管内表面之间的面积，其通 常是、且优选地是沿着该环隙长度恒定横截面的环形区域。当横截面沿着环隙长度变化时， 认为提及的横截面积是沿着该环隙长度的平均横截面积。此时，优选地最大环隙横截面在 沿着该环隙长度在任意点比喷嘴开口面积小10倍。理想地，线性第一管和线性第二管是同中心的，至少在环隙区域之内是同中心的。 但是，将容易理解的是，可以存在与这种同中心布局的偏移。通常，可以允许这种偏移，只要 在每对管内获得所需的相对总压降。该环隙的长度优选为5 30mm，优选为10 25mm。优选地，该环隙横截面是喷嘴开口面积的3 8倍、更优选地4 6倍。绝对情形 下，该环隙横截面积典型地小于60mm2，例如5 60mm2，更优选为5 25mm2。该环隙设置线性第二管内的压降。该压降范围典型地为0.1 4巴(10 400kPa)、优选为 0. 3 3 巴(30 300kPa)。布置该喷嘴和环隙，使得在第一和第二气体的供给中产生的压降比例为2 1 1 2。优选地，在线性第二管中提供稍微更大的压降，例如在第一和第二气体的供给中产 生的压降比例为1 1 1 1. 5，更优选地为1 1 1 1.3。已发现这样在避免压力 波动方面提供了进一步的益处。在环隙上游，线性第二管通常具有相对于环隙部分更宽的内横截面，横截面在下 游方向上变窄，通常通过使第二管的内径变窄到环隙所需的直径。优选地，所有这些变化 以小于12°、更优选地小于7°的角度发生(如本文中使用的那样，除非相反地指出，所有 这些变化是相对于各个管的纵轴)。在第二部分中，能够扩大或缩短线性第二管的内径，只 要满足对于角度和扩张的其它要求，但是优选地第二部分是恒定内径的，且喷嘴的外锥面 (变窄)导致相对于环隙膨胀的所需横截面区域。优选地，喷嘴下游线性第二管的内径的任意变化也产生小于12°、更优选地小于 V的角度。线性第二管内线性第一管的长度通常为5 50mm，优选地为10 40mm，且最优选 地为25 35mm，例如30mm。第二管的总长度并不是关键的，但是优选地其在喷嘴处延伸超过出口 /开口至少 10倍其内径的长度，由此确保在混合的气体离开第二管之前获得良好混合，优选地范围为 20 40倍其内径。适宜地，第二管在内径范围为5 15mm的喷嘴处延伸超过出口。更优选地，由此， 第二管超过喷嘴的长度范围为50 500mm，且总长范围为55 550mm(线性第一管凸出到 其中的那段的长度加上超过喷嘴的第二管长度)。优选地，线性第一和第二管是由适宜金属或合金例如钢材制成的。在采用纯氧作 为气态反应物时，可能必须由/采用耐受与氧的反应的合金来制造或涂布可能接触氧的混 合装置的任意部件的一些或全部。在氧气温度高和/或氧气处于高速下时与氧的反应是更 大可能的。适宜合金包括铜和镍的合金，诸如M0NEL 范围内的那些。
有利地采用混合装置作为反应器的一部分以使第一和第二气体混合并反应。由 此，在另一实施方式中，本发明提供了用于第一气体和第二气体的混合和反应的反应器，该 反应器包括混合区和在该混合区下游的反应区，该混合区包括本文中所述的混合装置。另一实施方式中，本发明提供了用于第一气体和第二气体的混合和反应的方法， 该方法包括将所述第一气体和所述第二气体分别进料到如本文中所述混合装置的一个或 多个线性第一管和一个或多个线性第二管中，并随后将所获的气态混合物通到混合区下游 的反应区。第一气体和第二气体可以是任意适宜的气体，但是优选地该第一气体是含氧气体且该第二气体是含链烷烃的气体。优选地，在第一气体和/或第二气体供给上提供过滤器和/或凝聚过滤器，由此除 去所述物流中可能存在的细颗粒或液滴。最优选的实施方式中，本发明提供了用于生产一种或多种烯烃的方法，所述方法 包括通过将作为第一气体的含氧气体和作为第二气体的含链烷烃的气体通到本文中所述 的混合装置中，将含氧气体和含链烷烃的气体进行混合，将所获的气态混合物通过多孔阻区通到反应区，和在反应区中使该气态混合物部分地燃烧，优选地在能够在超过富燃料燃烧极限下 支持燃烧的催化剂存在下，由此制得一种或多种烯烃。除了本发明混合装置的具体特征之外，依据这种实施方式的方法和进行该 方法的反应器的优选特征，诸如上游反应物供给、下游阻区、催化剂区等等，描述于WO 2004/074222。例如，该多个线性第一和第二管通常每平米反应区横截面包含至少500、最优选地 至少1000个第一和第二管(总计)。类似地，该第一和第二气体可以通过任意适宜设备来供给，但是优选地利用第一 和第二供给设备，该第一供给设备包括至少一个用于将第一气体供给至少一个第一集管的 第一入口和多个离开所述第一集管用于释放第一气体的线性第一管；且该第二供给设备包 括至少一个用于将第二气体供给至少一个第二集管的第二入口和多个离开所述第二集管 用于释放第二气体的线性第二管，其中相对于第一气体的流动该第二集管位于第一集管下游，和其中每个线性第二管包括离开第二集管的上游端和与阻区流体连通的下游端，且 布置离开第一集管的线性第一管，使得它们经过第二集管延伸且在轴向上凸出到线性第二 管的上游端内。该阻区是多孔的。多孔阻区的渗透性确保了流体反应物在它们通过该区时的分 散。流体经过管道网络横向以及轴向(轴向上是反应物通过阻区流动的一般方向)运动， 且离开阻区时实质上均勻分布在该阻区的横截面之上。该阻区可以是由多孔金属结构制成的，但是优选地该多孔材料是非金属，例如陶 瓷材料。适宜的陶瓷材料包括铝锂硅酸盐(LAS)、氧化铝((a-Al2O3)、氧化钇稳定的氧化 锆、氧化铝钛酸盐、niascon、和氧锆基磷酸钙。优选的多孔材料是α-氧化铝。采用催化剂时，适宜地该催化剂是负载的钼族金属。优选地，该金属是钼或钯，或 其混合物。虽然多种载体材料是可获得的，但是优选使用氧化铝作为载体。该载体材料可以是球形、其它粒状或陶瓷泡沫形式。优选地，该载体是整料，其是连续多通道陶瓷结构，经常是蜂窝状外观。用于催化活性金属的优选载体是Y氧化铝。通过本领域技术人员众所 周知的传统方法将钼和钯的混合物加载到载体上。随后将所获化合物在使用之前热处理到 1200°C。也可以将催化促进剂加载到载体之上。适宜促进剂包括铜和锡。催化剂经常在反应器中放置在适宜固定器内，诸如催化剂筐。优选地，为了防止气 体在催化剂与固定器之间绕开该催化剂，将催化剂与固定器之间的任意空间填充适宜的密 封材料。适宜的密封材料包括人造矿棉例如陶瓷棉，可以将其缠绕在固定器内催化剂的边 缘。另外可以采用类似于主催化剂载体的材料如氧化铝在边缘周围涂布该金属以有助于这 种密封。该反应器可以包括在反应区下游的产物冷却区，使得可以将气态产物在离开反应 区时进行冷却。该产物冷却区可以提供有一个或多个喷嘴，其能够将冷凝物注入离开反应 区的产物流内。在由包含气态链烷烃的进料生产单烯烃的方法中，该链烷烃适宜地是乙烷、丙烷 或丁烷。该链烷烃可以是实质上纯的，或者可以是与其它烃和任选地其它材料(例如甲烷、 氮气、一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽或氢气)的混合物形式。可以采用含链烷烃的馏分，诸如 石脑油、汽油、真空汽油、或其混合物。适宜的进料是从天然气中分离甲烷获得的气态链烷 烃的混合物，主要包含乙烷。优选的进料是主要包含乙烷的链烷烃，其提供了主要包含作为 单烯烃的乙烯的产物。作为含氧气体，可以适宜地使用氧气或空气。优选使用氧气，任选地用惰性气体例 如氮气稀释。气态链烷烃与含氧气体混合物的比例通常为用于完全燃烧为二氧化碳和水的 烃/含氧气体化学计量比例的5 20倍。优选的组成是氢/含氧气体化学计量比例的5 10倍。虽然该混合装置(和反应器)可以在任意压力下使用，但是特别优选地在高压下。 压力优选为1 5MPa，最优选为1 4MPa，且有利地为1. 5 3. 5MPa。含氧气体可以在环境温度下进行，但是通常预热到50 150°C，优选为80 120°C，例如100°C。含氧气体以防止火焰稳定在喷嘴出口处的可能性的速率注入线性第一 管。该线性出口速率典型地大于30m/s，优选地大于50m/s，且有利地大于70m/s。通常将气态链烷烃预热到100 400°C，优选地150 350°C，例如300°C，且通到 线性第二管。气态链烷烃以典型地大于5m/s、优选地大于15m/s、且有利地大于20m/s的线 性速率进入该管。含氧气体离开喷嘴的线性速率和气态链烷烃在喷嘴(外部)处的线性速率比值优 选为至少1.5 1，优选地至少3 1，且最优选地小于6 1，诸如4 1。气态混合物的温度通常为100 400°C，优选为100 300°C，例如200°C。通常将形成的气态混合物1. 0-10. Om/s、优选地2. 0-6. Om/s和最优选地 2. 5-3. 5m/s的平均横截面速率通到阻区。通常将气态混合物以1. 0-10. Om/s、优选地2. 0-6. Om/s和最优选地2. 5-3. 5m/s的 速率通到反应区。经过阻区的压降典型地为0. 01-0. 5巴(l_50kPa)，且优选为0. 05-0. 25巴(5 25kPa)，例如 0. 15 巴(15kPa)。
反应区内温度通常大于650°C，典型地大于750°C，且优选地大于800°C。温度上限 适宜地可以至多i2oo°c，例如至多iioo°c。产物以大于800°C例如大于900°C的温度，和通常为1 5MPa、优选地1 4MPa、 且有利地1. 5 3. 5MPa的压力离开反应区。优选地，将产物在产物冷却区中快速冷却。这样确保了高的烯烃产率，因为产物冷 却步骤减慢了气态产物流中的反应速率，由此防止了发生的进一步反应。有利地，通过将冷凝物优选地在多个地方注入气态产物流来冷却该气态产物流， 使得冷凝物的蒸发冷却该气态产物流。该冷凝物可以是气体或液体。当冷凝物是气体时，优选地其是惰性气体。优选地 该冷凝物是液体，例如水。在高压和高温下注入冷凝物确保了更大比例的冷凝物在反应器压力下立即蒸发， 且由此提供气态产物流中非常快速的温度降低。由此，冷凝物例如水经常在高于气态产物 流压力的压力(诸如IOMPa)下注入，且经常在100 400°C、优选地200 350°C例如300°C 的温度下注入。优选地，使气态产物流的温度在离开反应区之后60ms、优选地40ms且有利地20ms 之内降低到800°C，优选地降低到600°C。线性第一和第二管可以通过传统技术来制备，其中通过诸如标准加工、精磨加工 和铰刀的所用技术来确定表面抛光性。最优选的实施方式中，控制至少在环隙区域中、和优选地至少在紧挨环隙之前的 第一和第二管的区域中，环隙自身中且在环隙下游的夹套/喷嘴区域中的表面抛光性到N6 级(通过ISO 4287 2000来定义，且等于0. 8微米的平均粗糙度(Ra)，其依据ASME B46. 1 测量(美国机械工程师协会))。特别是在具有多个管的混合装置中，且更特别地对于在工业规模(例如大于1000 个的第一和第二管(总计))下使用时，该混合装置中的每组(对)线性第一管和线性第二 管优选地是“配对的”。其含义是，通过实验测试来具体地或决定每对线性第一管和线性第 二管，由此确保依据本发明的混合装置中使用之前所需的混合特征。虽然建模能够预测对 于“理想”管的混合特征，但是本发明方法所需的偏差是相对严格的，且已发现特别有利的 是确保所有组合的线性第一管和线性第二管不仅提供了所需的各个混合特征，而且也提供 了相对于在具有所述多个其它组合的实际混合装置中使用之前所有其它对管可接受的混 合特征。这点可以通过任意适宜技术来实现。一种特定实例是单独地将线性第一管和线 性第二管以彼此正对布局放置在试验装置内，并使加压气体以设定流速经过每个管单独地 通过，同时测量每个管中压降。可以对于每个管组合重复该试验(或者可以在许多管组合 之上进行平行试验)，且仅选择满足所需偏差的那些。在可以替换地采用的上述试验的变 形中，将每个第一管相对于参照第二管进行试验且将每个第二管相对于参照第一管进行试 验，且结果用来确定可接受的配对。现在将参照
图1 5和实施例来阐述本发明，其中图1图示地显示了线性第一管，图2图示地显示了依据本发明的混合装置，和
图3 5显示了如实施例中所讨论的实验结果。特别地，参照图1和2，图1中显示了用于供给第一气体的线性第一管(1)，所述第 一管包括在上游端用于第一气体的出口(2)，并且其在下游端逐渐变细以形成喷嘴(3)。喷 嘴外锥面相对于第一管纵轴的角度小于12°，该角度在放大的圆形中由角度α显示(虚线 A表示喷嘴之前线性第一管壁的理论延长线，该线平行于线性第一管的纵轴)。该喷嘴在开 口(其直径D所示)处的内面积小于10mm2，且在经过所述第一管的第一气体供给中提供压 降。
图2中显示了如图1中所示用于供给第一气体的线性第一管(1)。图2显示了位 于用于供给第二气体的线性第二管(4)之内的线性第一管，该第二管包括在上游端用于第 二气体的入口(5)，在喷嘴上游第一管的外表面周围形成环隙的第一部分(6)，该环隙的长 度(L)为5 50mm且横截面积是喷嘴开口面积的2 10倍，且其在经过所述第二管供给 第二气体中发挥作用以提供压降，以及在第一管的喷嘴(3)周围形成夹套的且形成相对于 环隙膨胀的横截面积(8)的第二部分(7)。环隙上游，线性第二管具有相对于环隙处部分更宽的内径(且在线性第一管的外 表面与比环隙处横截面更宽的线性第二管的内表面之间提供了区域)，线性第二管在下游 方向上以小于12° (9所示)的角度变窄，直到环隙所需的直径。实施例在依据本发明的设计之上，以及在具有线性第二管内径“阶梯”、但是对于喷嘴并 不存在依据本发明的12°限制的类似设计之上进行声学测量。采用其中以混合所需的布局容纳有线性第一和第二管的设备进行该声学测量。随 后将空气以传统采用的氧气和烃气体各自典型的流速通过各个线性第一和第二管，并采用 具有PC基录音机的麦克风来记录声音并将其转化为声学谱。表1中给出了各个布置的详细内容。特别是对于对比实施例，第二管在喷嘴开口 上游IOmm在壁中包括Imm阶梯，且线性第一管的喷嘴具有16°的外锥面。在本发明的实施 例(实施例1)中，一般结构如图2中所示，且特别地改变尺寸，使得部存在阶梯(直径方面 的倾斜变化)，且将喷嘴的外锥面降低到7°。这种布置导致喷嘴和环隙中各自压降的比例 为大约1 1. 3。表 1
环隙外 环隙内I环隙横 名义环I喷嘴直 喷嘴开 喷嘴锥 径径截面 隙长度 径口面
对比实 6. 7mm 5.8mm 8.8mm2 4mm1.9mm 2. 8mm2 16°
施例1
实施例 1 8. OOmm 7.45mm 6. 7mm2 25mm 1. 70mm 2. 3mm2 V对于两种布置，使空气以90m/s的线性速率通过线性第一管且在环隙处测量为 30m/s的线性速率(所述速率代表了预期的操作)通过线性第二管。图3和4中显示了对比实施例中的结果。
特别地，图3显示了声学谱。特别地在大约800Hz和3200Hz处出现两个带。认为 800Hz频率带对应于阶梯导致的共振。这种效果的建模导致压降的波动，如图4中所示，在 混合区下游高达几乎+/_2巴(+/-2kPa)。(认为3200Hz频率带与线性第一管的共振频率 相关)除了图4中的压力变化，可以预期经过喷嘴和环隙的绝对(以及相对)压降的变化导致在形成的烃与氧气的混合物组成方面的显著变化，包括导致在富燃料和贫燃料组合 物之间快速振动的潜力，如前所述，其可能导致短期的高气体温度或反应熄灭。图5中显示了实施例中的结果(依据本发明)。可以看出，声学谱更加干净，且在 先前设计中看到的波动已消失。这点显示，通过本发明设计可以避免对比实施例中产生的 压降波动。在大范围的各个流速下获得类似结果。
权利要求
一种用于混合第一气体和第二气体的混合装置，该混合装置包括i)用于供给第一气体的线性第一管，所述第一管包括在上游端用于第一气体的入口，并且所述第一管在下游端逐渐变细以形成喷嘴，所述喷嘴在用于第一气体的出口处具有小于10mm2的内面积的开口且在经过所述第一管供给第一气体中提供压降，和ii)用于供给第二气体的线性第二管，所述第二管包括在上游端用于第二气体的入口，在喷嘴上游第一管的外表面周围形成环隙的第一部分，该环隙的长度为5～50mm和横截面积是喷嘴开口面积的2～10倍，且其作用为在经过所述第二管供给第二气体中提供压降，和在第一管的喷嘴周围形成夹套的第二部分，且其形成相对于环隙膨胀的横截面面积，并且其中a)喷嘴和环隙的尺寸使得在供给第一和第二气体中产生的压降比例为2∶1～1∶2，b)喷嘴的外锥面相对于第一管纵轴的角度小于12°，和c)第二部分中第二管直径的任意变化产生相对于第二管纵轴角度小于12°的斜面或锥面。
2.权利要求1的混合装置，其中喷嘴的锥面相对于第一管纵轴的角度小于7°，且第二 部分中第二管直径的任意变化产生相对于第二管纵轴角度小于7°的斜面或锥面。
3.权利要求1或2的混合装置，其中喷嘴开口的内面积为0.5 5. 0mm2。
4.任一前述权利要求的混合装置，其中喷嘴开口的内面积范围为0.5 5mm2，且其除 了在喷嘴处之外均小于线性第一管的内横截面积，该开口由此设置线性第一管中的压降， 该压降范围为10 400kPa。
5.任一前述权利要求的混合装置，其中线性第一管内径的任意变化产生相对于线性第 一管纵轴角度小于12°的斜面或锥面。
6.任一前述权利要求的混合装置，其中环隙的长度为5 30mm。
7.任一前述权利要求的混合装置，其中环隙的长度为5 30mm且环隙横截面范围为 5 60mm2，该环隙设置线性第二管中的压降，该压降范围为10 400kPa。
8.任一前述权利要求的混合装置，其中布置该喷嘴和环隙，使得压降比例为1 1 1 1.5。
9.任一前述权利要求的混合装置，其中在环隙上游，线性第二管具有相对于环隙处部 分更宽的内横截面，该线性第二管在下游方向上以小于12°的角度变窄到环隙所需的直径。
10.任一前述权利要求的混合装置，其中在喷嘴下游线性第二管内径的任意变化也产 生相对于线性第二管纵轴角度小于12°的斜面或锥面。
11.任一前述权利要求的混合装置，其中该混合装置包括至少100个线性第一和第二管。
12.一种用于第一气体和第二气体的混合和反应的反应器，该反应器包括如权利要求 1 11中任一项所述的混合装置的混合区以及在混合区下游的反应区。
13.一种用于第一气体和第二气体的混合和反应的方法，该方法包括，将所述第一气体 和第二气体分别进料到如权利要求1 11中任一项所述的混合装置中的一个或多个线性第一管和一个或多个线性第二管，并随后使所获的气态混合物通到混合区下游的反应区。
14. 一种用于生产一种或多种烯烃的方法，所述方法包括，通过使作为第一气体的含氧 气体和作为第二气体的含脂肪烃气体通到如权利要求1 11中任一项所述的混合装置，来 混合含氧气体和含脂肪烃气体，使所获的气态混合物经过多孔阻区通到反应区，和 在反应区中部分地燃烧该气态混合物，优选地在能够在超过富燃料燃烧极限下支持燃 烧的催化剂存在下，由此制得一种或多种烯烃。
全文摘要
公开了用于混合第一气体和第二气体的装置，其包括i)用于供给第一气体的线性第一管(1)，所述第一管包括在上游端用于第一气体的入口(2)，并且所述第一管在下游端逐渐变细以形成喷嘴(3)，和ii)用于供给第二气体的线性第二管(5)，所述第二管包括在上游端用于第二气体的入口(5)、在喷嘴上游第一管的外表面周围形成环隙的第一部分(6)、以及在第一管(1)的喷嘴(3)周围形成夹套的且形成相对于环隙膨胀的横截面(8)区域的第二部分(7)。
文档编号C10G11/18GK101815571SQ200880109788
公开日2010年8月25日 申请日期2008年9月22日 优先权日2007年10月2日
发明者I·A·B·赖德, R·P·林兹特德特, T·J·赫斯克斯 申请人:英尼奥斯欧洲有限公司