[发明专利]气体混合装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明提供了气体混合装置及其对用于催化部分氧化反应的进料反应物进行混合的应用。更具体来说，本发明提供了气体混合装置，该装置使用喷射器混合气体，用来给催化部分氧化反应器进料。

背景技术

烃类向包含氢气和一氧化碳的气体的转化是本领域中众所周知的。该过程的例子包括催化蒸汽转化、自热催化转化、催化部分氧化和非催化部分氧化。这些方法各自具有优点和缺点，制得各种比例的氢气和一氧化碳，这些混合气体也被称为合成气。

部分氧化法也是众所周知的，该领域包括各种催化部分氧化法。部分氧化是放热反应，在此反应中，甲烷之类的烃类气体和空气之类的含氧气体在升高的温度下与催化剂接触，制得包含高浓度氢气和一氧化碳的反应产物。这些过程中使用的催化剂通常是在合适的载体上的贵金属(例如铂或铑)和其它过渡金属(例如镍)。

部分氧化法将天然气之类的包含烃类的气体转化为氢气、一氧化碳以及其它痕量组分，例如二氧化碳和水。该过程通常是通过以下步骤进行的：将预先加热的烃类和含氧气体注入燃烧室内，烃类在燃烧室内发生氧化，反应时氧气的含量小于完全燃烧所需的化学计量。该反应在极高的温度下进行，该温度经常超过700℃，经常超过1000℃，压力高达150个大气压。在一些反应中，还可将蒸汽或二氧化碳注入燃烧室中，以改良合成气产物，以及调节最终产物中氢气与一氧化碳之比。

近来已经揭示了一些部分氧化法，在这些方法中，在存在催化剂[例如沉积在陶瓷泡沫体(整体型)载体上的金属]的情况下，使烃类气体和含氧气体以高空速接触。所述整体型载体浸渍了铂、钯或铑之类的贵金属，或者镍、钴、铬等之类的过渡金属。通常这些整体型载体由氧化铝、氧化锆、氧化镁等之类的固体耐火材料或陶瓷材料制备。在这些反应的操作过程中，烃类进料气体和含氧气体起初在超过400℃、通常超过600℃的温度下，以超过100000/小时的标准气时空速(GHSV)与金属催化剂接触。

通常给高效运行的催化整体型反应器设定的要求之一是进入反应器的气体的混合程度。气体的完全混合能够确保反应器中的均匀传热以及反应物均匀地转化为产物。另外，气体的完全混合减小了局部区域形成可燃性组合物的可能性。通常，该混合操作是通过将两股气流引到一起的混合T形管(tee)控制的。近来，人们将多个内部叶片组成的静态混合器用于混合进入反应器的气体。气流在T形连接处合并，然后进入所述静态混合器中，由所述静态混合器的叶片产生的湍流能够确保反应物完全混合。但是静态混合器中的气流剧烈地冲击在混合器的叶片上，当气态燃料与氧化剂混合的时候，这可能会造成燃烧事故。本领域需要在将反应气体加入催化部分氧化反应器之前对其进行充分混合，同时避免现有混合方法所伴有的燃烧事故。

发明内容

本发明提供了气体混合装置，其包括具有第一气体进口和第二气体进口的喷射器。较佳的是，所述喷射器包括文氏喷射器(venturi-type eductor)。该气体混合装置与允许输入用于催化部分氧化法和催化部分氧化反应器的各种反应物的气体进口流体连通。

在另一个实施方式中，两个气体混合装置可以在将混合气体加入催化部分氧化反应器之前互相流体连通。

本发明还提供了所述气体混合器在对烃类进行催化部分氧化以制备氢气和一氧化碳的应用。该方法使用所述气体混合器将含烃气流和含氧气流混合起来，然后将它们加入所述催化部分氧化反应器中。

在本发明的另一个实施方式中，揭示了一种用来催化部分氧化烃类的改进的方法，在此方法中，将含烃气体和含氧气体的进料流加入催化部分氧化反应器中，以制备氢气和一氧化碳，改进之处包括在将含烃气流和含氧气流加入催化部分氧化反应器中之前，在气体混合装置中将它们混合起来。

附图说明

图1是显示气体混合器和催化部分氧化反应器的本发明一个实施方式的示意图。

图2是显示在气体混合物进入催化部分氧化反应器中之前连通的两个气体混合装置的本发明示意图。

具体实施方式

在本发明的一个实施方式中描述了具有第一气体进口和第二气体进口的喷射器的气体混合装置。所述喷射器优选为文氏喷射器，该喷射器在相反的端部具有流体连通的第一开口和第二开口。所述气体混合装置还与反应器流体连通，在该反应器中，所述在气体混合装置中混合的气体进料流将发生反应。较佳的是，该反应器为催化部分氧化反应器。所述第一气体进口和第二气体进口可被用来加入将用于所述反应器中的各气态进料流，以对它们进行混合。