氧气与可燃气体高效、安全混合的方法与流程

本发明涉及一种氧气与可燃气体高效、安全混合的方法。

背景技术：

氧气与可燃气体混合过程广泛存在于氧化反应、富氧燃烧以及合成氨等过程，比如乙烯催化氧化制环氧乙烷工艺中，乙烯、甲烷等可燃气体与氧气按一定比例混合后，进入反应器。常见的可燃气体如乙烯、甲烷等在氧气中有较大的爆炸极限范围，气体混合过程要穿越可燃气体爆炸极限，如果两种气体不能快速高效混合，在局部形成浓度过高区域时存在发生燃爆的危险。

目前多数气体混合装置采用射流混合技术(如cn101848759a，cn104084065a)，即氧气与可燃气体并流或错流接触，氧气通过喷嘴或小孔高速射流进入可燃气主体中，通过射流卷吸效应完成气气混合。这类射流气体混合装置结构简单，容易操作，但两股气体在较大空间内靠并流或错流接触混合很不充分，其后的自然发展阶段不能保证气体达到分子水平混合。此外，完成混合后的可燃气体与氧气通常进入反应器或燃烧室，目前的气体混合装置大都没有采取阻火防爆措施，使得热点或火焰有可能返入气体混合装置造成燃爆事故。

本发明有针对性的解决了该问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中混合效率较低、不安全的问题，提供一种新的氧气与可燃气体高效、安全混合的方法。该方法用于氧气与可燃气体混合中，具有混合高效、安全的优点。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种氧气与可燃气体高效、安全混合的方法，氧气由进气管进入各分布支管，分布支管数量最少为2根，在水平面内对称均匀分布且与氧气进气管垂直，氧气分布支管下表面开有若干等径、等间距小孔，氧气经由分布支管从各射流小孔喷出，进入气体混合空间；可燃气体由分布在气体混合空间周围的进 气管进入，进气管的数量至少为2个，在水平面内均匀分布，可燃气体与氧气形成错流流动；氧气进气管上端设有电机转动装置，能够带动整个氧气分布装置旋转，使射流进入气体混合空间的氧气形成旋流流场，旋流扰动对混合空间的气体起到搅拌作用，促进气体混合达到分子水平；气体混合空间内的混合气体经过阻火区进入气体出口，阻火区内填充阻火材料，避免下游热点反串入气体混合空间，同时混合气体出口管径缩小，以提高出口处混合气体速度，阻止下游火焰向气体混合装置传播，实现高效、安全的气体混合过程。

上述技术方案中，优选地，所述氧气分布支管的开孔率为0.2％～0.8％。

上述技术方案中，优选地，所述电机转动装置转速为1000～2000rpm(转/分钟)。

上述技术方案中，优选地，所述阻火装置内填充金属丝网、波纹或多孔形阻火材料。

上述技术方案中，优选地，所述阻火区与气体混合空间的高度之比为0.2～0.5。

上述技术方案中，优选地，所述混合气体出口管径与气体混合空间的直径之比为0.4～0.6。

目前的氧气混合装置一般采用射流混合技术，利用氧气的射流卷吸来实现与可燃气体的混合，混合效果不能达到分子水平，本发明在射流混合基础上增加了旋转装置，氧气形成的旋流流场促进了气体扰动是气体混合达到分子水平。此外，本发明在气体出口增加了阻火装置，能够有效防止下游热点、火焰反串入气体混合装置，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为氧气与可燃气体混合装置的整体示意图；

图2为氧气分布装置俯视图。

图1、图2中，1为可燃气体进口；2为氧气进气管；3为电机转动装置；4为氧气分布支管；5为射流小孔；6为气体混合空间；7为阻火区；8为混合气体出口。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

如图1所示，气体混合装置包括氧气进气与分布装置、可燃气体进口、圆柱形混合空间、阻火装置以及混合气体出口组成。在气体混合空间周围均匀设置2个可燃气体进气管1，可燃气体由此进入气体混合空间6，与氧气形成错流流动。氧气进气与分布装置包括氧气进气管2、与之相连的电机转动装置备3、氧气分布支管4以及支管上的射流小孔5，如 图2氧气分布装置俯视图所示，氧气分布支管4设置于氧气进气管2的底部并与之垂直，分布支管的数量为2根，支管在水平面内呈轴对称分布，支管的下表面开有若干等间距、等径圆孔。氧气由氧气进气管2进入各氧气分布支管4，由支管上的射流小孔5喷出，电机转动装置3带动整个氧气进气与分布装置旋转，从而使氧气以旋流状态进入气体混合空间6，旋流扰动和射流卷吸共同促进氧气与可燃气体发生混合，并最终达到分子混合水平。混合气体经过阻火区7并由混合气体出口8加速进入下游设备，阻火材料抑制可燃性混合气体在混合装置内发生燃烧，出口段的加速作用能够防止下游火焰回传到混合装置内。

所述氧气分布支管的开孔率为0.2％。所述电机转动装置转速为1500rpm。所述阻火装置内填充金属丝网阻火材料。所述阻火区与气体混合空间的高度之比为0.3。所述混合气体出口管径与气体混合空间的直径之比为0.4。

【实施例2】

按照实施例1所述的条件和步骤，在气体混合空间周围均匀设置4个可燃气体进气管1，氧气分布支管的数量为4根。所述氧气分布支管的开孔率为0.36％。所述电机转动装置转速为1200rpm。所述阻火装置内填充波纹形阻火材料。所述阻火区与气体混合空间的高度之比为0.4。所述混合气体出口管径与气体混合空间的直径之比为0.48。

【实施例3】

按照实施例1所述的条件和步骤，在气体混合空间周围均匀设置6个可燃气体进气管1，氧气分布支管的数量为6根。所述氧气分布支管的开孔率为0.45％。所述电机转动装置转速为1000rpm。所述阻火装置内填充波纹形阻火材料。所述阻火区与气体混合空间的高度之比为0.2。所述混合气体出口管径与气体混合空间的直径之比为0.52。

【实施例4】

按照实施例1所述的条件和步骤，在气体混合空间周围均匀设置8个可燃气体进气管1，氧气分布支管的数量为8根。所述氧气分布支管的开孔率为0.6％。所述电机转动装置转速为1600rpm。所述阻火装置内填充波纹形阻火材料。所述阻火区与气体混合空间的高度之比为0.35。所述混合气体出口管径与气体混合空间的直径之比为0.56。

【实施例5】

按照实施例1所述的条件和步骤，在气体混合空间周围均匀设置4个可燃气体进气管1，氧气分布支管的数量为4根。所述氧气分布支管的开孔率为0.8％。所述电机转动装置转速为2000rpm。所述阻火装置内填充波纹形阻火材料。所述阻火区与气体混合空间的高度之比为0.5。所述混合气体出口管径与气体混合空间的直径之比为0.6。

【比较例】

现有技术中，采用射流混合的设备内部，气体达到均匀混合时在气体射流方向需要0.5-1.0m距离，该段区域内浓度分布不均匀，存在发生燃爆的危险。设备出口处氧气浓度分布不是恒定值，而是在10％范围内波动。常规混合方法没有阻隔防爆措施，无法防止下游火焰的反串。

本发明在射流混合基础上增加了旋转装置，氧气形成的旋流流场促进了气体扰动是气体混合达到分子水平，在射流方向上只需0.1-0.5m即可完全混合，且出口处浓度分布均一。此外，本发明在气体出口增加了阻火区，能够有效防止下游热点、火焰反串入气体混合装置，取得了较好的技术效果。