CN111655360B - 经改进的混合器管道及使用其的过程 - Google Patents

Abstract

一种用于湍流的混合的混合管道（1），其具有入口（10）和出口（15），其包含至少一个静态混合器元件（50），所述至少一个静态混合器元件（50）包括至少两个至少大致共面的板状部段（70）和（70'），其中大致纵向间隙（80）形成在所述部段（70）和（70'）之间，其中每一部段（70）和（70'）附接到管道壁（5）并且包括至少两个自由边缘（72）和（72'），其中一个自由边缘（72）是前缘（74），并且另一个自由边缘（72'）相邻于所述纵向间隙（80），并且其中所述至少两个部段（70）和（70'）相对于管道轴线（2）倾斜，使得所述前缘（74）在所述管道（1）中向上游并且大致垂直于主要流体流（30）的方向取向。

Description

经改进的混合器管道及使用其的过程

技术领域

本发明涉及一种经改进的混合器管道。本发明还涉及一种用于使用所述混合器管道的过程。

背景技术

静态混合器对于与混合和散布、气液接触或湍流混合应用有关的所有行业来说是受到关注的。静态混合器通常是管状内部部件，当流体在静止混合器部件周围流动时，其产生所期望的混合和散布效果。所述流体流动通过泵送提供。静态混合器具有胜于其它混合系统的优点，因为其仅需要小体积、低维护费用，并且其具有简单的安装和清洁以及极佳的可靠性。

在US6830370B1中公开典型的静态混合器。此文献公开一种由一对半椭圆形叶片构成的静态混合器，所述半椭圆形叶片在管道内的倾斜部处彼此交叉安置。因此，每一对叶片在管道内产生大旋涡或涡旋运动。从Sulzer Chemtech已知其它代表性类型的静态混合器，例如在EP0800857A1中公开的那些。此类静态混合器包括倾斜平行板，所述倾斜平行板提供开放窄通路，所述开放窄通路包括穿过管道轴线从壁延伸到壁的间隙区域。在US4758098中公开另一类似的静态混合器，其具有至少三个横向隔开的腹板。所述腹板彼此横向隔开以提供在混合期间流体可以通过的间隙。另外，每一腹板在相对于向下流在上端处固定到壳体时具有下终止端部，所述下终止端部与壳体隔开以提供在向下下降期间液体可以通过的其它间隙。

只要在管道内可获得足够的混合长度以及足够的压头，上述混合器便通常是有效和充分的。然而，在某些应用中，针对其最佳性能，可能存在不足的可用长度或压头。因此，将期望具有可用于在此类严格条件下提供足够混合性能的经改进的静态混合器。例如，当在混合管道内投配添加剂时，使流体内的添加剂浓度迅速均匀化可能相当重要。当添加反应性很强的添加剂时，这可能相当关键，如果添加剂未在流体内迅速且均匀地分布，则可能导致安全或质量问题。在其它情况下，在流体进入后续反应器之前通过适当反应化学计量而具有反应性添加剂的均匀分布可能很重要。

发明内容

从现有技术出发，本发明的第一目的是提供一种用于湍流的混合的经改进的混合器管道，以便在严格条件（例如短的可用混合长度或有限的可用压头）下提供足够的混合性能。

本发明的第二目的包括提供一种经改进的混合器管道，以用于湍流的混合并且用于投配添加剂并且例如在添加反应性很强的添加剂时使流体内的添加剂浓度迅速均匀化或者在流体进入后续反应器之前通过适当反应化学计量提供反应性添加剂的均匀分布。本发明的仍另外的额外目的是提供一种用于可选地通过添加的添加剂混合主要流体的过程，其利用用于湍流的混合的经改进的混合器管道的上述有利混合性质的有利性质。

根据本发明，第一目的通过一种用于湍流的混合器管道来实现，所述混合器管道具有入口和出口，

其包含至少一个静态混合器元件，所述至少一个静态混合器元件包括两个至少大致共面的板状部段，

其中大致纵向间隙形成在所述部段之间，

其中每一部段附接到管道壁，并且包括至少两个自由边缘，

其中一个边缘是前缘，并且另一个边缘相邻于纵向间隙，其中这两个部段相对于管道轴线倾斜，使得前缘在管道中向上游并且大致垂直于流体流的方向取向。

提供相对于管道轴线倾斜使得前缘在管道中向上游取向的两个部段具有每一部段均产生旋涡的技术效果。每一部段从所述部段的上游部分到下游部分沿着管道壁固定，其中前缘是大致垂直于流体流的方向定位的自由边缘。部段的大致垂直前自由边缘的作用在于，流体随后被部段偏转，从而导致沿着部段的下游侧的增加的负压以及沿着部段的上游侧的增加的过压，并且促成流体中大规模旋涡的形成。常规的静态混合器缺少此技术效果，并且因此产生较小负压和较不强烈的旋涡。本领域技术人员将理解，使用此混合器管道来混合主要流体以便使主要流体的特性均匀化的过程将共享这些相同的刚刚论述的优点。

在本发明的混合器管道的一个实施例中，至少一个部段、优选地至少两个部段另外包括至少第三自由边缘。第三自由边缘的提供有利地允许混合器在长度上更短，因此节省材料以及安装长度和重量。此第三自由边缘将通常设置在部段的下游端处。负责混合的旋涡主要在部段的上游部分中产生，并且因此可以缩短部段的下游部分，从而提供第三自由边缘，而不显著负面地影响混合性能。自由边缘的个数在本发明中不受特别限制，并且将在很大程度上取决于静态混合器元件的部段的形状的简单性或复杂性。

在另一替代实施例中，所述至少两个部段中没有一者另外地包括第三自由边缘。将部段的下游部分接合到管道壁防止通过管道的流动分布的均匀性，因为通过第三自由边缘相邻的开放区域将允许流体在那里通过管道自由流动。

优选地，至少一个静态混合器元件中的每一者包括恰好两个大致共面的板状部段，并且除此之外没有其它部段。

根据本发明，在一个实施例中，第二目的通过提供具有至少一个额外的侧面入口的管道来实现，所述额外的侧面入口大致位于静态混合器元件的上游、优选地前缘，其被实施成用于添加剂的添加。以此方式在静态混合器元件的上游馈送添加剂允许混合和均匀化过程利用由部段产生的大规模旋涡。此外，通过大致在上游馈送添加剂允许添加剂跨越管道横截面的预分布，这允许后续部段的有效均匀化。本领域技术人员将理解，使用此混合器管道来混合主要流体和添加剂以便使主要流体和添加剂的组分均匀化的过程将共享这些相同的刚刚论述的优点。

在满足第二目的的混合器管道的更具体的实施例中，所述管道额外地包括具有宽度（W）的偏转罩，其中所述偏转罩大致平行于侧面入口轴线并且大致垂直于管道轴线定位，其中宽度（W）的大小至少与侧面入口直径一样大，并且偏转罩大致位于侧面入口的上游，并且偏转罩被实施成基本上不阻挡侧面入口的管道进口，并且同时允许添加剂传播到混合器管道的中心区域中、而不被通过混合器管道的主要流体流转向。偏转罩用于阻挡主要流体流在侧面入口附近的区域中通过管道，从而有利地允许经由侧面入口进入的添加剂在其遇到主要流之前进一步传播到管道的内部中。在不提供偏转罩的情况下，添加剂将仅相邻于侧面入口沿着管道壁行进，特别是对于具有低动量的添加剂。

在满足第二目的的混合器管道的另一更具体的实施例中，防溅板大致位于混合器管道的中心区域中，其中防溅板大致平行于管道轴线取向成基本上不增加通过混合器管道的主要流体流的阻力，并且其中防溅板同时大致垂直于侧面入口轴线定位，并且当沿着侧面入口轴线观察时，防溅板横截面大致叠覆侧面入口横截面。防溅板的提供有利地限制添加剂跨越管道的横截面的传播。这在添加剂具有高动量的情况下是重要的，因为风险将是大量添加剂到达与侧面入口相对的管道壁，这将阻碍与通过管的横截面的主要流体流的高效混合。

根据本发明，在一个替代实施例中，第二目的通过替代地给混合器管道配备具有至少一个注射管出口的添加剂注射管来实现，其中添加剂注射管被实施成用于大致在静态混合器元件的上游在大致相邻于至少一个前缘的区域中、优选地与至少两个部段的两个前缘等距地将添加剂注射到混合器管道中，并且其中至少一个注射管出口被实施成将添加剂引导到一个或两个前缘，优选地其中两个注射管出口各自距前缘等距定位。具有添加剂注射管的此替代实施例特别有利于将添加剂添加到呈开放通道形式的混合管道。在开放通道的情况下，侧面入口不容易实现，因为侧面入口可能需要定位在相邻于通道的表面下方，例如地下。此外，开放通道中的液体深度可以在操作期间变化，因此部分或甚至完全暴露任何侧面入口。因此，添加剂注射管可以容易地构造成其出口位于开放通道的底部附近。在开放通道的情况下，部段的前缘也将有利地位于开放通道的底部附近。本领域技术人员将理解，使用此混合器管道来混合主要流体和添加剂以便使主要流体和添加剂的组分均匀化的过程将共享这些相同的刚刚论述的优点。

在先前替代实施例的更具体实施例中，混合器管道呈开放通道的形式，优选地具有分离壁，其中添加剂注射管优选地具有至少第二注射管出口，并且开放通道优选地具有相邻于所述静态混合器元件定位的至少第二静态混合器元件。当开放通道相对于其深度相对较宽（例如，宽度是深度的两倍或以上）时，此实施例特别有利。当管道的横截面为大致正方形时，所产生的旋涡在本发明中最高效。因此，较宽的开放通道可以借助于一个或更多个分隔壁被有效地分隔成若干较小的大致正方形横截面。然后，管道的这些因此形成的分隔区段中的每一者可以方便地通过位于这些区段中的每一者前方或之内的额外的添加剂注射管出口馈送。可替代地，每一或数个区段可以借助于单个添加剂注射管及其出口馈送。

本发明的混合器管道的另一个一般实施例包含额外的静态混合器元件、优选地一个至三个额外的静态混合器元件、更优选地一个或两个额外的静态混合器元件、并且最优选地一个额外的静态混合器元件，其中沿混合器管道的纵向方向观察，所述静态混合器元件一个接一个地彼此空间隔开布置。两个或更多个静态混合器元件一个接一个地彼此空间隔开布置导致特别优异的混合能力。在此实施例中，优选地，静态混合器围绕沿下游方向行进的管道轴线相对于彼此逐渐旋转约70度至约110度之间、优选地约80度至约100度之间、更优选地约90度。此实施例具有如下优点：在混合器管道内产生的旋涡的结构的取向沿着混合器管道的长度并不保持恒定，并且替代地，其于是沿着混合器管道的长度系统地旋转，这促进混合器管道内的更快且更均匀的混合。

在本发明的混合器管道的替代性一般实施例中，混合器管道呈开放通道的形式，其包含额外的静态混合器元件、优选地一个至三个额外的静态混合器元件、更优选地一个或两个额外的静态混合器元件，其中所述静态混合器基本上不相对于彼此旋转，使得当沿着开放通道轴线观察时，其横截面大致叠覆。在开放通道中，液体的深度可以不恒定，并且特别地，可以不完全填充通道。因此，静态混合器元件的某些取向可能无效。在开放通道混合器管道中，液体的水平没有限定并且可以变化，并且因此无法沿着开放通道的顶部正确定位至少大致共面的板状部段，因为其可能暴露至液体的变化水平。为此，在开放通道混合器管道中，优选地，至少大致共面的板状部段沿着竖直侧壁定位。

本领域技术人员将理解，本发明的各种权利要求和实施例的主题的组合是可能的，但是本发明并不限于此类组合在技术上可行的程度。在此组合中，任何一项权利要求的主题可以与其它权利要求中的一者或更多者的主题组合。在主题的此组合中，任何一项混合器管道权利要求的主题可以与一个或更多个其它混合器管道权利要求的主题或者一个或更多个过程权利要求的主题或者一个或更多个混合器管道权利要求和过程权利要求的混合物的主题组合。以此类推，任何一项过程权利要求的主题可以与一个或更多个其它过程权利要求的主题或者一个或更多个混合器管道权利要求的主题组合。

附图说明

在下文中将参考本发明的各种实施例以及附图更详细地解释本发明。示意性附图示出：

图1（a）示出具有一个静态混合器的根据本发明的混合器管道的一个实施例的示意图，图1（b）示出由图1（a）中所示的混合器管道产生的旋涡中的一者的示意图；

图2示出具有侧面入口的混合器管道的一个实施例的示意图；

图3示出具有侧面入口以及偏转罩和各自具有第三自由边缘的两个静态混合器的混合器管道的一个实施例的示意图；

图4（a）示出具有侧面入口、偏转罩、防溅板以及各自均不具有第三自由边缘的三个静态混合器的混合器管道的一个实施例的示意图，图4（b）示出此实施例的示意性局部顶视图，其示出具有大致叠覆侧面入口横截面的横截面的防溅板；

图5（a）示出呈开放通道的形式并且具有添加剂注射管和两个静态混合器的混合器管道的一个实施例的示意图，图5（b）示出添加剂注射管附近的区域的放大图，并且图5（c）示出具有多个出口的添加剂注射管的替代实施例；

图6示出呈开放通道的形式并且具有分离壁、具有多个出口的添加剂注射管以及彼此相邻定位的两个静态混合器的混合器管道的一个实施例的示意图；

图7示出烟气脱硝（DeNox）应用中混合器管道的一个实施例的示意图。

具体实施方式

限定

如在此申请的说明书和权利要求书中所使用的，应该应用以下限定：

除非上下文另外指出，否则''一（a）''、''一（an）''和''所述''作为先行词可以指代单数或复数。

在本申请中，''混合器管道''中的''管道''是指用于输送流体的任何合适管道，其可以包含一个或更多个静态混合器元件。典型管道可以是封闭管道，例如具有大致圆形横截面的管子或具有其它几何形状横截面（例如正方形或矩形）的管道。本发明的其它合适管道可以呈开放通道的形式，例如具有底部和两个大致竖直侧壁的那些。在本申请中，对于非圆形管道，''直径''是指水力直径（参见例如，https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_diameter）。

在本申请中，''静态混合器元件''是指基于至少两个至少大致共面的板状部段的静态混合器类型，例如在US 4,758,098和US 4,019,719中公开的那些。这些部段可以彼此不附接或部分附接，如在大致U形静态混合器元件中那样。

根据本发明，''至少大致共面的板状部段''意指板状部段相对于外管道壁的纵向平面彼此倾斜不超过10°、优选地不超过5°、更优选地不超过2.5°、并且最优选地不超过1°。

在本申请中，''部段''是指具有至少两个自由边缘的大致平坦板。在一个实施例中，其是平坦板。

在本申请中，''自由边缘''是指部段的不附接到某物（例如，不附接到混合器管道、特别是混合器管道壁）的边缘。

在本申请中，''前缘''是指自由边缘，其大致在上游、因此朝向流体流的源取向。应注意，前缘无需是一个单个直边缘，而是其可以弯曲或倒圆，或者包括多个部分边缘，如多面体的边缘。重要的是，大部分前缘大致垂直于流体流的方向。

根据本发明，''前缘大致垂直于主要流体流的方向''意指前缘相对于垂直于外管道壁的纵向轴线的方向的平面倾斜不超过20°、优选地不超过10°、更优选地不超过5°、并且最优选地不超过2°。

通常，''大致垂直''意指有关部分相对于其大致垂直的相应平面倾斜70至110°、优选地80至100°、更优选地85至95°、并且最优选地超过88至92°。

''大致平行''意指有关部分中的一者平行于另一部分以至多20%、优选地至多10%、更优选地至多5%、并且最优选地至多2%的偏差延伸。

在本申请中，''管道的中心区域''是指管道的比管道壁更靠近于管道的重心定位的区域。在一个实施例中，其是管道的中心芯部，对于圆形管道，其位于半径的½的距离内，或者对于非圆形管道，其位于水力直径的¼的距离内。

在本申请中，''纵向间隙''是指至少两个至少大致共面的板状部段之间的开放空间。此开放空间或间隙在部段之间可以具有或可以不具有均匀宽度，并且对于彼此不附接的部段，其可以延伸部段的整个长度。或者，例如，在大致U形静态混合器元件的情况下，对于彼此部分附接的两个至少大致共面的板状部段，其可以是部分长度。就此，''大致纵向间隙''意指间隙的长度比间隙的宽度更长。如果间隙的长度在间隙的宽度上不相等和/或间隙的宽度在间隙的长度上不相等，则间隙的平均长度比间隙的平均宽度更长。

在本申请中，''侧面入口''是指例如用于流体（例如添加剂）的馈送的穿过管道的壁的入口。侧面入口的横截面不受特别限制，但是其通常将为大致圆形，如在用于经由侧面入口馈送流体的管子的情况中那样。

在本申请中，''添加剂注射管''是指用于将流体（例如添加剂）添加到混合器管道的内部部分中的具有圆形或其它横截面的管。在一些实施例中，其将呈喷洒器的形式。在一些实施例中，其可以具有多于一个进入到混合器管道中的出口以便在添加剂进入混合器管道时改善添加剂的预分布。

在本申请中，数值是指平均值。此外，除非有相反的指示，否则数值应该被理解成包括当减少到相同数目个有效数字时相同的数值以及与规定值相差小于在本申请中描述的用以确定所述值的类型的常规测量技术的实验误差的数值。

图1示出混合器管道的一个实施例的示意图，其整体用附图标记1表示。混合器管道1关于形式、形状、构造或组分不受特别限制，除非另外特别指出。可以制造的任何合适材料可以制成为混合器管道1。出于经济原因，此类系统1通常由不锈钢或针对特定应用指示的另一材料制成。

在此图中，示出主要流体20借助于混合器管道入口10进入混合器管道1，并且沿大致平行于混合器管道轴线2的主要流体流30的方向流过混合器管道。接下来，主要流体流30遇到静态混合器元件50，静态混合器元件50包括至少两个共面的板状部段70。部段70在其之间具有大致纵向间隙80，并且每一部段70附接到混合器管道壁5并且包括至少两个自由边缘72, 72'。一个自由边缘72是前缘74，并且另一个自由边缘72'相邻于纵向间隙80。示出两个部段70, 70'相对于管道轴线2倾斜，使得前缘74在管道1中向上游并且大致垂直于主要流体流30的方向取向。应注意，在此实施例中，静态混合器元件50的部段70和70'两者都缺少第三自由边缘72''。在遇到静态混合器元件50之后，均匀化的主要流体20'进一步传播通过混合器管道1，并且借助于混合器管道出口15离开。

在本发明中，部段70和70'可以部分接合，有点类似于EP0800857 （A1）的图1中所示的静态混合器中。然而，在本发明中的此类实施例中，部段70和70'的部分接合将在静态混合器元件50的下游部分上，并且因此不相邻于前缘74。

倾斜角度通常优选地在约20与约50度之间，并且通常，部段70和70'大致彼此平行，并且因此相对于管道轴线2具有大致相同的倾斜角度。部段70和70'的长度通常在混合器管道1的平均宽度或直径的约½与2倍之间。部段70和70'的形状不受特别限制，并且对于大致圆形混合器管道1，其可以为半圆形，如图1中所示。通常，纵向间隙80的宽度可以在混合器管道1的平均直径或宽度的约40%与约70%之间。在其之间限定大致纵向间隙80的部段70和70'的内部自由边缘72的形状不受特别限制，并且可以大致笔直、弯曲、削角、弯折，并且可以包括一个或更多个不连续部、弯曲部、弯折部或角度。

图1（b）示出由图1（a）中所示的混合器管道1中的部段70中的一者产生的旋涡中的一者的示意图。在此图中，示出在直接在前缘74的上游的区域中开始的流线。示出旋涡沿着部段70的后侧或下游侧及其相邻于纵向间隙80的自由边缘72'形成。旋涡随后与主要流体20一起沿主要流体流30的方向进一步传播通过混合器管道1。

图2示出混合器管道1的实施例，混合器管道1具有由两个部段70, 70'制成的静态混合器元件50，两个部段70, 70'具有中间间隙80，并且两者都缺少第三自由边缘72''，如在图1中。此实施例另外地包括额外的侧面入口100，额外的侧面入口100大致位于静态混合器元件50的上游，其被实施成用于添加剂120的添加。如图所示并且优选地，侧面入口100大致位于前缘74的上游，通常在混合器管道1的约50%与约200%之间。在一些实施例中，多于一个侧面入口100可以例如用于多于一种添加剂的注射或引入。

图3示出混合器管道1的另一个实施例，混合器管道1具有两个静态混合器元件50和50'以及具有直径104的侧面入口100，并且具有大致平行于侧面入口轴线102并且大致垂直于管道轴线2定位的偏转罩200。偏转罩200大致位于侧面入口100的上游。偏转罩200被实施成基本上不阻挡侧面入口100的管道进口106。因此，偏转罩200同时允许添加剂120传播到混合器管道1的中心区域40中，而不被通过混合器管道1的主要流体流转向。偏转罩200的设计不受特别限制，并且其可以是圆形、V形（如图3中）、U形，并且横截面可以例如为大致矩形、半圆形。偏转罩200在垂直于管道轴线2并且平行于侧面入口轴线的方向上的长度将通常在管道1的直径的约20%与约60%之间。

应注意，在此实施例中，静态混合器元件50和50'的部段70两者都具有第三自由边缘72''。类似于关于图1论述的部段70和70'的形状，限定大致纵向间隙80的自由边缘72'也不受特别限制，并且所述自由边缘可以大致彼此平行或彼此不平行。在一个实施例中，其之间的角度可以高达±15°。偏转罩200的构造和紧固不受特别限制，并且其可以根据构造的材料简单地焊接或胶合到管道1中，或者其可以可选地借助于托架安装，例如用于较大规模的安装。

图4（a）示出混合器管道1的一个实施例的示意图，其具有侧面入口100、偏转罩200、防溅板300以及各自不具有第三自由边缘72''的三个静态混合器50, 50'和50''。防溅板300大致位于混合器管道1的中心区域40中，并且防溅板300大致平行于管道轴线2取向成基本上不增加通过混合器管道1的主要流体流的阻力。防溅板300同时大致垂直于侧面入口轴线102定位成有利地限制添加剂跨越管道1的横截面的传播，如较早所述。

图4（b）示出图4（a）的实施例的示意性局部顶视图，其示出防溅板300，所述防溅板300具有当沿着侧面入口轴线102观察时大致叠覆侧面入口横截面105的横截面305。如此处所示，偏转罩200的宽度W的大小至少与侧面入口直径104一样大。

防溅板300的构造和紧固不受特别限制，并且其可以根据构造的材料简单地焊接或胶合到管道1中，或者其可以可选地借助于托架安装，例如用于较大规模的安装。防溅板300的设计不受特别限制，并且其可以是圆形、V形、U形（如图4（a）中），并且横截面可以例如为大致矩形、半圆形。防溅板300在管道轴线2的方向上的长度将通常大于侧面入口直径104，并且可以延伸高达管道1的一个或两个直径。

图5（a）示出呈开放通道1''的形式的混合器管道1的一个实施例的示意图，其具有混合器管道壁5、混合器管道入口10，并且具有添加剂注射管400和两个静态混合器50和50'。如此处所示，静态混合器50和50'基本上不相对于彼此旋转，使得当沿着开放通道轴线2''观察时，替代地，其横截面大致叠覆。添加剂注射管400将通常大致位于下一个最靠近的静态混合器50或50'的上游，通常相对于管道1''宽度或深度在约5%至约200%之间的距离处。在各种实施例中，多于一个添加剂注射管400可以例如用于多于一种添加剂的引入，或者用于在开放通道管道1''内的主要流体20的表面下方在不同高度或深度处引入添加剂。此外，在此开放通道实施例中，部段70和70'具有三个自由边缘72, 72'和72''。如此处所见，部段70和70'可以根据开放通道1''中的主要流体20的水平从主要流体20出现。

图5（b）示出添加剂注射管400附近的区域的放大图，其中可以看到，两个注射管出口402和402'各自从前缘74大致等距定位。图5（c）和图5（d）示出具有多个出口402和402'的添加剂注射管400的替代实施例，在图5（c）的情况下，多个出口402和402'大致水平分布，并且在图5（d）中，其大致竖直分布，在此情况下，分布在多个添加剂注射管400, 400'和400''上。优选地，在例如图5（c）和图5（d）中的两种情况下，其以大致规则间隔大致均匀分布。在其它实施例中，多个出口402和402'可以水平且竖直分布在相同或多个添加剂注射管400上（如图5（d）中所见），并且分布在开放通道混合器管道1''的横截面、可选地中心区域40上。本领域技术人员将理解，在根据本发明的其它混合器管道1的情况下，也可以采用具有多个出口402和402'的类似添加剂注射管400。

图6示出开放通道混合器管道1''的一个实施例的示意图，其具有分离壁420、带有多个注射管出口402和402'的添加剂注射管400以及彼此相邻定位的两个静态混合器50和50'。可以看到，多个注射管出口402和402'以及两个静态混合器50和50'大致均匀地分布在由分离壁420形成的两个开放子通道上。分离壁420将大致分离或分隔通过开放管道1''的主要流体20的整个流，并且因此其在操作期间将通常大致从主要流体20的底板延伸到顶部水平。在一些实施例中，分离壁420的高度将与混合器管道壁5的高度大致相同。分离壁420将通常延伸超过开放管道1''中存在的任何静态混合器50和50'、可选地超过第一水平相邻的静态混合器50和50'例如达等效于1x、2x或3x静态混合器50和50'的最大长度的距离。当开放管道1''具有长度大致大于开放管道1''的高度的长度的宽度时，通常将采用以分离壁420为特征的此类开放通道混合器管道1''实施例。本领域技术人员将理解，对于相对较宽的开放管道1''的情况，可以使用多个分离壁420和420'以及多个水平相邻的静态混合器50, 50'和50''。

本领域技术人员将理解，除多个相邻的静态混合器50, 50'、并且可选地50''等等沿着管道轴线2''水平分布（如例如图5中）或水平分布在开放通道管道1''的宽度上（如图6中）以外，替代地，多个相邻的静态混合器50, 50'、并且可选地50''等等可以大致竖直（在高度上）分布在开放管道1''内。以此方式，可以沿着管道轴线2''在较短混合器管道1''长度内实现更大旋涡产生、并且因此更好混合，这将有益地促进更紧凑的混合器管道1''。本领域技术人员将理解，多个静态混合器50, 50'、并且可选地50''等等的类似实施例和构造可以用于根据本发明的其它混合器管道1。

在本发明中，合适的主要流体20不受特别限制，并且其可以呈液体或气体形式。因此，在许多实施例中，混合器管道入口10将与液体或气体流的源流体连通。混合器管道1的典型应用包括在化学反应器前面对反应物的混合、在加热或冷却源之后对流体的温度均匀化，用于流体与添加剂例如在化工设备中的均匀化。因此，在一些实施例中，混合器管道入口10将与一个或更多个液体和/或气体反应物源、液体和/或气体加热或冷却源或者流体和一种或更多种添加剂源流体连通。在一些实施例中，混合器管道1和这些流体源将是包括其的化工设备的一部分。混合器管道1的其它实施例可以在石油化工产品精炼设备和设备中找到用途，以用于各种等级的原油或其它石油化工产品的掺混以便制成所限定等级的产品。因此，在一些实施例中，混合器管道入口10将与原油和/或原油等级和/或其它石油化工产品源流体连通。在一些实施例中，混合器管道1以及这些各种油类和石油化工产品源将是包括其的石油化工设备或精炼设备的一部分。混合器管道1和开放通道混合器管道1''两者的实施例可以在水处理中找到应用，例如，用于絮凝剂和/或生物杀灭剂的pH控制和/或掺混。因此，在许多实施例中，混合器管道1或开放通道混合器管道1''的混合器管道入口10将与水（例如，废水或工艺水）源、并且可选地一种或更多种添加剂源流体连通。在一些实施例中，混合器管道1或开放通道混合器管道1''以及这些水源将是包括其的水或废水处理设备的一部分。

本领域技术人员将理解，上文论述的管道1和1''、其源和设备还将适用于过程或方法实施例和权利要求。

图7示出混合器管道1的具体实施例，其具有矩形横截面以用于气体作为主要流体20。在此实施例中，主要流体20是例如来自工业燃烧器的烟气。在与混合器管道出口15流体连通的选择性催化反应（SCR）反应器500中，发生反应，其中氮氧化物（NOx）被转化为水和氮气。为了实现此反应，需要将氨（添加剂120）添加到烟气（主要流体20）并且充分混合以在后续SCR反应器500中给出具有此反应所需的氨和NOX的正确化学计量混合物的均匀化的主要流体20'。因此，如此图中所示，未经处理的烟气进入混合器管道入口10，并且朝向SCR反应器500的入口向上流动。可以看到，混合器管道1借助于分离壁420被分隔成若干平行闭合矩形子通道。接下来，借助于添加剂注射管400及其出口402在子通道的进口附近将氨添加到烟气。本领域技术人员将理解，可替代地，氨可以在子通道内添加。随后，氨和烟气在其进入到SCR反应器500中之前通过静态混合器元件50充分混合。不仅氨和烟气通过此过程充分混合，而且NOx的浓度分布和混合物的温度分布被同时且有益地均匀化。

如图7中所示，在此实施例中，每一子通道中的两个部段70彼此不附接，但是其附接到分离壁420和/或混合器管道壁5。其之间的纵向间隙也是大致笔直的，并且延伸部段的整个长度。部段70的倾斜角度示出成大致相同，因为部段70在相同平面内彼此大致平行。

虽然已经出于图示目的阐述了各种实施例，但是前述描述不应该被认为是对本文中的范围的限制。因此，本领域技术人员可以想到各种修改、调适和替代方案，而不背离本文中的精神和范围。

附图标记

1 混合器管道

1'' 开放通道混合器管道

2 管道轴线

5 混合器管道壁

10 混合器管道入口

15 混合器管道出口

20 主要流体

20' 均匀化的主要流体

30 主要流体流的方向

40 管道的中心区域

50 静态混合器元件

70和70' 部段

72, 72', 72'' 自由边缘

74 前缘

80 间隙

100 侧面入口

102 侧面入口轴线

104 侧面入口直径

105 侧面入口横截面

106 侧面入口的管道进口

120 添加剂

200 偏转罩

W 偏转罩的宽度

300 防溅板

305 防溅板横截面

400 添加剂注射管

402 注射管出口

420 分离壁

500 选择性催化反应（SCR）反应器

Claims (16)

1.一种用于湍流的混合的混合器管道（1），其具有入口（10）和出口（15），

其包含至少一个静态混合器元件（50），所述至少一个静态混合器元件（50）包括至少两个至少大致共面的板状部段（70, 70'），所述至少大致共面的板状部段（70, 70'）意指板状部段（70, 70'）相对于外管道壁（5）的纵向平面彼此倾斜不超过10°，

其中，大致纵向间隙（80）形成在所述部段（70, 70'）之间，

其中，每一部段（70,70'）附接到管道壁（5）并且包括至少两个自由边缘（72, 72'），

其中，一个自由边缘（72）是前缘（74），并且另一个自由边缘（72'）相邻于所述纵向间隙（80），

其中

所述至少两个部段（70,70'）相对于管道轴线（2）倾斜，使得其前缘（74）在所述管道（1）中向上游并且大致垂直于主要流体流（30）的方向取向。

2.根据权利要求1所述的混合器管道（1），其中，至少一个部段（70）、优选地所述至少两个部段（70, 70'）另外地包括第三自由边缘（72''）。

3.根据权利要求1所述的混合器管道（1），其中，所述至少两个部段（70, 70'）中没有一者另外地包括至少第三自由边缘（72''）。

4.根据权利要求1至3中的任何一项所述的混合器管道（1），其中，所述混合器管道（1）另外地包括至少一个额外的侧面入口（100），所述至少一个额外的侧面入口（100）位于所述静态混合器元件（50）的上游并且被实施成用于添加剂（120）的添加。

5.根据权利要求4所述的混合器管道（1），其中，偏转罩（200）具有宽度（W），其中，所述偏转罩（200）大致平行于侧面入口轴线（102）并且大致垂直于所述管道轴线（2）定位，其中，所述宽度（W）的大小至少与侧面入口直径（104）一样大，并且所述偏转罩（200）位于所述侧面入口（100）的上游，并且所述偏转罩（200）被实施成不阻挡所述侧面入口（100）的管道进口（106）并且同时允许所述添加剂（120）传播到所述混合器管道（1）的中心区域（40）中、而不被通过所述混合器管道（1）的所述主要流体流转向。

6.根据权利要求5所述的混合器管道（1），其中，防溅板（300）位于所述混合器管道（1）的所述中心区域（40）中，其中，所述防溅板（300）大致平行于所述管道轴线（2）取向成不增加通过所述混合器管道（1）的所述主要流体流的阻力，并且其中，所述防溅板（300）同时大致垂直于所述侧面入口轴线（102）定位，并且当沿着所述侧面入口轴线（102）观察时，防溅板横截面（305）叠覆侧面入口横截面（105）。

7.根据权利要求1至3中的任何一项所述的混合器管道（1）， 其中，所述混合器管道（1）包括具有至少一个注射管出口（402）的添加剂注射管（400），其中，所述添加剂注射管（400）被实施成用于在相邻于至少一个前缘（74）的区域中在所述静态混合器元件（50）的上游将添加剂注射到所述混合器管道（1）中，其中，所述至少一个注射管出口（402）被实施成将所述添加剂引导到一个前缘（74）或两个前缘（74, 74'）。

8.根据权利要求1至3中的任何一项所述的混合器管道（1），其中，所述混合器管道（1）包含额外的静态混合器元件（50'），其中，所述静态混合器（50, 50'）围绕沿下游方向行进的所述管道轴线（2）相对于彼此逐渐旋转约70度至约110度之间。

9.根据权利要求1至3中的任何一项所述的混合器管道（1），其中，所述混合器管道入口（10）与以下流体连通：液体或气体流的源；液体和/或气体加热或冷却源、流体和一种或更多种添加剂、原油和/或原油等级和/或其它石油化工产品、水。

10.根据权利要求1至3中的任何一项所述的混合器管道（1），其中，所述混合器管道（1）呈开放通道（1''）的形式，并且所述开放通道（1''）包含额外的静态混合器元件（50'），其中，所述静态混合器（50, 50'）相对于彼此不旋转，使得当沿着开放通道轴线（2''）观察时，其横截面叠覆。

11.根据权利要求9所述的混合器管道（1），其中，所述混合器管道（1）呈具有分离壁（420）的开放通道（1''）的形式，其中，所述添加剂注射管（400）具有至少第二注射管出口（402'），并且所述开放通道（1''）具有相邻于所述静态混合器元件（50）定位的至少第二静态混合器元件（50'）。

12.根据权利要求9所述的混合器管道（1），其中，所述混合器管道入口（10）与液体或气体流的源流体连通。

13.一种化工设备、石油化工设备、精炼设备或水处理设备，其包括根据权利要求11所述的混合器管道（1）和所述源。

14.一种水处理设备，其包括根据权利要求12所述的混合器管道（1）和所述源。

15.一种过程，其在根据权利要求1至3中的任何一项所述的混合器管道（1）中混合主要流体（20），以便使所述主要流体（20）的特性均匀化，其中，所述过程包括以下步骤：

- 将待均匀化的主要流体（20）馈送到所述混合器管道入口（10），

- 借助于所述混合器管道出口（15）从所述混合器管道（1）移除均匀化的流体（20'）。

16.根据权利要求15所述的过程，其中，所述主要流体（20）的特性的均匀化包括在所述混合器管道（1）中混合所述主要流体（20）和添加剂（120），以便使所述主要流体（20）和所述添加剂（120）的组分均匀化，其中，所述过程另外地包括以下步骤：

- 借助于侧面入口（100）或添加剂注射管（400）将所述添加剂（120）馈送到所述混合器管道（1），

- 在所述混合管道（1）内将所述添加剂（120）混合到所述主要流体（20）中，

- 借助于所述混合管道出口（15）从所述混合管道（1）移除包括所述主要流体（20）和添加剂（120）的均匀化组分。

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