用于氨氧化反應(yīng)器的進(jìn)料分布器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于氨氧化反應(yīng)器的進(jìn)料分布器。通過使用氣密性快速斷開配件將分布器的各個部段附連到彼此以及反應(yīng)器的壁來方便更換在商用氨氧化反應(yīng)器中使用的進(jìn)料分布器的不同部段。此外，在這些分布器部段中支管管道的直徑以及附連到這些支管的進(jìn)料噴嘴的直徑被改變以有利于通過這些部件的進(jìn)料氣體的均勻流動。分布器可被細(xì)分成布置用于更好的反應(yīng)器控制的多個進(jìn)料分布器部段。最后，端接于分布器支管管道的遠(yuǎn)端的端蓋可設(shè)有噴嘴，以用于去除可能非故意地到達(dá)分布器內(nèi)部的任何氨氧化催化劑。
【專利說明】用于氨氧化反應(yīng)器的進(jìn)料分布器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種用于氨氧化反應(yīng)器的進(jìn)料分布器。

【背景技術(shù)】
[0002] 在丙烯腈的商業(yè)制造中，丙烯、氨和氧按照以下反應(yīng)圖式一起反應(yīng)：
[0003] CH2=CH-CH3 + NH3 + 3/2 02 - CH2=CH-CN+ 3 H20
[0004] 通常稱為氨氧化的這個過程在合適的流化床氨氧化催化劑的存在下在高溫下以 氣相進(jìn)行。
[0005] 圖1示出了用來進(jìn)行該過程的典型的氨氧化反應(yīng)器。如該圖所示，反應(yīng)器10包括 反應(yīng)器壁12、空氣格柵14、進(jìn)料分布器（sparger) 16、冷卻盤管18和旋流器（cyclone) 20。 在正常操作期間，工藝空氣通過空氣入口 22充入反應(yīng)器10中，而丙烯和氨的混合物通過進(jìn) 料分布器16充入反應(yīng)器10中。兩者的流量都足夠高，以使反應(yīng)器內(nèi)部的氨氧化催化劑的 床24流化，在其中發(fā)生丙烯和氨向丙烯腈的催化氨氧化。
[0006] 由反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物氣體通過反應(yīng)器流出物出口 26離開反應(yīng)器10。在這樣做之前， 產(chǎn)物氣體穿過旋流器20,旋流器20去除這些氣體可夾帶的任何氨氧化催化劑，以通過料腿 (diplegs) 25返回到催化劑床24。氨氧化是高度放熱的，因此使用冷卻盤管18來帶走過量 的熱量，從而將反應(yīng)溫度保持在適當(dāng)水平。
[0007] 丙烯和氨可與氧形成爆炸性混合物。然而，在正常操作溫度下，在反應(yīng)器10內(nèi)部 由流化的氨化作用催化劑來防止爆炸，該催化劑在爆炸可發(fā)生之前優(yōu)先催化氨氧化反應(yīng)。 相應(yīng)地，反應(yīng)器10被設(shè)計和操作成使得在正常操作期間允許工藝空氣接觸丙烯和氨的唯 一地方是在氨氧化催化劑24的流化床內(nèi)，且因此僅在催化劑的溫度高至足以催化氨氧化 反應(yīng)時。
[0008] 為此，將丙烯和氨進(jìn)料到反應(yīng)器10的傳統(tǒng)方式使用諸如在U.S. 5，256, 810中所 示的進(jìn)料分布器系統(tǒng)16,該專利的公開內(nèi)容以引用方式并入本文中。如'810專利的圖1和 圖2 (這兩幅圖被重新編號為本文獻(xiàn)的圖2和圖3)中所示，進(jìn)料分布器16采取一系列供應(yīng) 管或管道的形式，其包括主集管30和支管（lateral) 32,支管32附連到集管30且從集管 30分出。一系列面向下的進(jìn)料噴嘴34被限定在集管30和支管34中，丙烯和氨的混合物在 正常反應(yīng)器操作期間通過進(jìn)料噴嘴34充入。支管32和進(jìn)料噴嘴34的數(shù)目和間距使得橫 跨反應(yīng)器10的整個橫截面積大致均勻地定位有每平方米總共約10至30個進(jìn)料噴嘴。
[0009] 通常，每個進(jìn)料噴嘴34都被進(jìn)料護(hù)罩36包圍，進(jìn)料護(hù)罩36采取管道的短部段的 形式，該管道的內(nèi)徑為噴嘴34的直徑的若干倍。進(jìn)料護(hù)罩34使得穿出噴嘴10的氣體的速 度能夠在離開進(jìn)入催化劑床24之前顯著減慢，這防止了本來可發(fā)生的催化劑的崩解。
[0010] 工藝空氣通常在穿過空氣格柵14之后進(jìn)入催化劑床24 (圖1)，空氣格柵14位于 進(jìn)料分布器16下方。如熟知的，空氣格柵14通常采取連續(xù)的金屬片材的形式，其限定在其 中的一系列空氣孔或噴嘴?？諝鈬娮斓闹睆?、穿過空氣格柵14的工藝空氣的質(zhì)量流量和穿 過進(jìn)料分布器16的丙烯/氨混合物的質(zhì)量流量經(jīng)選擇，使得催化劑床24中的氨氧化催化 劑在正常操作期間被這些氣體完全流化。
[0011] 空氣噴嘴通常設(shè)有其自己的保護(hù)性空氣護(hù)罩（未示出），該護(hù)罩通常位于空氣格 柵14下方。此外，在許多情況下，進(jìn)料噴嘴34與空氣格柵14中的空氣噴嘴以一對一關(guān)系 設(shè)置，其中每個進(jìn)料護(hù)罩36直接對準(zhǔn)其對應(yīng)的空氣噴嘴以促進(jìn)穿出這兩種不同的噴嘴的 氣體的快速且充分的混合。參見U.S. 4, 801，731。
[0012] 雖然這種一般類型的丙烯/氨進(jìn)料系統(tǒng)效果良好，但其的確存在某些缺點(diǎn)。例如， 由于在高溫下持續(xù)暴露于氨，形成進(jìn)料分布器16的金屬隨時間推移而經(jīng)歷氮化。結(jié)果，進(jìn) 料分布器16的各個部段和有時整個進(jìn)料分布器需要被不時更換。這可是成本非常高的，特 別是由于在進(jìn)行更換時反應(yīng)器必須完全停機(jī)。
[0013] 與這種丙烯/氨進(jìn)料系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的第二個問題是運(yùn)行的不均勻性。這不僅不利地 影響系統(tǒng)的生產(chǎn)率，而且還導(dǎo)致了不均勻氮化，這進(jìn)一步加重了氮化問題。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0014] 根據(jù)本實(shí)用新型，提供了一種新的進(jìn)料分布器設(shè)計，其顯著減少了這些問題，并且 在一些情況下大致完全消除了問題。
[0015] 根據(jù)該新分布器設(shè)計的一個特征，使用氣密性快速斷開配件將分布器的主集管管 道附連到主集管管道所穿過的反應(yīng)器的壁，或者將形成進(jìn)料分布器的各種管道連接到彼 此，或者兩者。由于該特征，當(dāng)更換由于過度氮化而變得必要時，更換一些或所有進(jìn)料分布 器所需的時間和勞動顯著減少。
[0016] 根據(jù)該新分布器設(shè)計的另一個特征，隨著從進(jìn)料分布器的入口到每個進(jìn)料噴嘴的 行進(jìn)路徑增加，進(jìn)料噴嘴34的相對直徑略微增加。由于該特征，穿過每個進(jìn)料噴嘴的含氨 進(jìn)料混合物的質(zhì)量流量變得在進(jìn)料噴嘴之間更接近均勻。這又導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)部在區(qū)域之間 更接近均勻的操作，這使得生產(chǎn)率能夠最大化。該特征還通過確保正確流量的氣體始終流 過分布器進(jìn)料噴嘴來最小化催化劑倒流（back up)，S卩，在啟動、停機(jī)和甚至正常操作期間 催化劑對進(jìn)料分布器的污染。
[0017] 根據(jù)該新分布器設(shè)計的又一個特征，支管32的直徑從其近端到其遠(yuǎn)端（即，從其 連接到主集管管道的端部到其遠(yuǎn)離主集管管道的端部）減小。由于該特征，流過這些支管 的含氨進(jìn)料混合物的速度沿支管的整個長度且尤其在其遠(yuǎn)端處保持足夠高，以將可存在的 任何氨氧化催化劑吹掃到下一進(jìn)料噴嘴34,以便通過該進(jìn)料噴嘴從支管內(nèi)部排放。
[0018] 根據(jù)該新設(shè)計的又一個特征，進(jìn)料分布器16被細(xì)分成多個進(jìn)料分布器部段，每個 部段具有其自己的入口端口以用于從反應(yīng)器外部接收含氨進(jìn)料。由于該特征，可實(shí)現(xiàn)對反 應(yīng)器在區(qū)域間的更好控制，因?yàn)閱为?dú)的控制系統(tǒng)可用來單獨(dú)地監(jiān)測和控制每個進(jìn)料分布器 部段中的操作。
[0019] 因此，本實(shí)用新型在一個實(shí)施例中提供了一種改進(jìn)的分布器，用于在從氨氧化反 應(yīng)器外部通過反應(yīng)器的反應(yīng)器壁且向反應(yīng)器內(nèi)部的氨氧化催化劑的流化床內(nèi)供應(yīng)含氨進(jìn) 料混合物中使用，該改進(jìn)的分布器包括：主集管管道；分布器入口，其與主集管管道流體連 通，該分布器入口剛性地附連到反應(yīng)器壁；以及多個支路分布器管道，其與主集管分布器管 道流體連通，該支路分布器管道限定進(jìn)料噴嘴以用于將丙烯/氨進(jìn)料混合物排入氨氧化催 化劑的流化床中，其中分布器入口借助于氣密性快速斷開配件剛性地附連到反應(yīng)器壁。
[0020] 在另一個實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了一種改進(jìn)的分布器，用于在從氨氧化反應(yīng) 器外部通過反應(yīng)器的反應(yīng)器壁且向反應(yīng)器內(nèi)部的氨氧化催化劑的流化床內(nèi)供應(yīng)含氨進(jìn)料 混合物中使用，該改進(jìn)的分布器包括：主集管管道；分布器入口，其與主集管管道流體連 通；以及多個支路分布器管道，其與主集管分布器管道流體連通，該支路分布器管道限定進(jìn) 料噴嘴以用于將含氨進(jìn)料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中，其中支路分布器管道中的 至少一些通過相應(yīng)的氣密性快速斷開配件附連到主集管管道。
[0021] 在又一個實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了 一種改進(jìn)的分布器，用于在從氨氧化反應(yīng) 器外部通過反應(yīng)器的反應(yīng)器壁且向反應(yīng)器內(nèi)部的氨氧化催化劑的流化床內(nèi)供應(yīng)含氨進(jìn)料 混合物中使用，該改進(jìn)的分布器包括：主集管管道；分布器入口，其與主集管管道流體連 通；以及多個支路分布器管道，其與主集管分布器管道流體連通，每個支路分布器管道限定 進(jìn)料噴嘴以用于將含氨進(jìn)料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中，其中進(jìn)料噴嘴具有至少 兩種不同的尺寸，其中較小的進(jìn)料噴嘴位于更靠近分布器入口處，并且較大的噴嘴位于更 遠(yuǎn)離分布器入口處，取決于丙烯/氨進(jìn)料混合物從分布器入口行進(jìn)通過分布器到每個噴嘴 的距離。
[0022] 在又一個實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了 一種改進(jìn)的分布器，用于在從氨氧化反應(yīng) 器外部通過反應(yīng)器的反應(yīng)器壁且向反應(yīng)器內(nèi)部的氨氧化催化劑的流化床內(nèi)供應(yīng)氨進(jìn)料混 合物中使用，該改進(jìn)的分布器包括：主集管管道；分布器入口，其與主集管管道流體連通； 以及多個支路分布器管道，每個支路分布器管道具有與主集管管道流體連通的近端和遠(yuǎn)離 主集管管道的遠(yuǎn)端，每個支路分布器管道還限定用于將含氨進(jìn)料混合物排入氨氧化催化劑 的流化床中的進(jìn)料噴嘴，其中支路分布器管道中的至少一些的直徑從其近端到其遠(yuǎn)端減 小。
[0023] 在又一個實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了 一種改進(jìn)的分布器，用于在從氨氧化反應(yīng) 器外部通過反應(yīng)器的反應(yīng)器壁且向反應(yīng)器內(nèi)部的氨氧化催化劑的流化床內(nèi)供應(yīng)含氨進(jìn)料 混合物中使用，該改進(jìn)的分布器包括：主集管管道；分布器入口，其與主集管管道流體連 通；以及多個支路分布器管道，其與主集管分布器管道流體連通，該支路分布器管道限定 進(jìn)料噴嘴以用于將含氨進(jìn)料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中，其中改進(jìn)的分布器由布 置在反應(yīng)器內(nèi)部的多個進(jìn)料分布器部段構(gòu)成，每個進(jìn)料分布器部段具有其自己的分布器入 口，以用于從反應(yīng)器外部、其自己的主集管管道和其自己的支路分布器管道的系統(tǒng)接收含 氨進(jìn)料。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 通過參照以下附圖可更好地理解本實(shí)用新型，在附圖中：
[0025] 圖1是示意圖，其示出了用于制備丙烯腈的常規(guī)氨氧化反應(yīng)器的反應(yīng)器部段；
[0026] 圖2是平面圖，其示出了圖1的氨氧化反應(yīng)器的常規(guī)分布器系統(tǒng)的下側(cè)；
[0027] 圖3是沿圖2的線3-3截取的剖視圖，圖3示出了圖2的常規(guī)分布器系統(tǒng)的進(jìn)料 噴嘴和相關(guān)聯(lián)的進(jìn)料護(hù)罩；
[0028] 圖4是剖視圖，示出了商用氨氧化反應(yīng)器的進(jìn)料分布器的主集管管道穿透且連接 到反應(yīng)器的側(cè)壁的方式；
[0029] 圖5是類似于圖4的剖視圖，示出了本實(shí)用新型的一個特征，其中進(jìn)料分布器的主 集管管道穿透且借助于氣密性快速斷開聯(lián)接件連接到反應(yīng)器的側(cè)壁；
[0030] 圖6是圖5的氣密性快速斷開聯(lián)接件的側(cè)視圖；
[0031] 圖7是類似于圖2的剖視圖，示出了本實(shí)用新型的另一個特征，其中分布器支管管 道借助于氣密性快速斷開聯(lián)接件連接到分布器的主集管管道；
[0032] 圖8是平面圖，更詳細(xì)地示出了圖7的氣密性快速斷開聯(lián)接件；
[0033] 圖9A和圖9B是根據(jù)本實(shí)用新型的另一個特征使用的分布器支管管道的側(cè)剖視 圖，示出了該支管的直徑如何隨著距分布器集管管道的距離增加而減小；
[0034] 圖10A、圖10B和圖10C是圖9的分布器支管管道的橫剖視圖，進(jìn)一步示出了該支 管的直徑如何隨距分布器集管管道的距離增加而減??；
[0035] 圖11A、圖11B、圖11C和圖11D是根據(jù)本實(shí)用新型的分布器系統(tǒng)的另一個特征使 用的分布器支管端蓋的堅(jiān)直剖視圖；以及
[0036] 圖12是平面圖，其示出了本實(shí)用新型的另一個特征，其中丙烯腈反應(yīng)器的進(jìn)料分 布器被細(xì)分成多個進(jìn)料分布器部段。

【具體實(shí)施方式】
[0037] 定義
[0038] 如本文所用，"流體連通"是指有效用于允許相同的液體或蒸氣從一區(qū)域傳送至另 一區(qū)域的連接或管道。
[0039] 如本文所用，"可釋放地固定"是指允許物件通過非破壞性方式斷開的非焊接連 接。例如，可釋放地固定可指螺栓、錨栓、螺接的凸緣以及它們的組合。
[0040] 如本文所用，"含氨進(jìn)料混合物"是指氨與飽和的和/或不飽和的C3至C4烴的共 混物。飽和的和/或不飽和的C3至C4烴可包括丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、以及它們的混合物。
[0041] 快速斷開聯(lián)接件
[0042] 如上文所述，在商用丙烯腈反應(yīng)器的操作中遇到的主要問題是進(jìn)料分布器由于 形成其的金屬的氮化而隨時間推移失效。為了解決這個問題，已經(jīng)提出由例如在U.S. 3,704,690、U·S·4,401，153、U·S·5，110,584和EP 0 113 524 中所示的抗氮化合金來制 造分布器。遺憾的是，由于流化床催化劑氨氧化反應(yīng)特有的某些問題以及其成本原因，已證 明該解決方案對于在商用丙烯腈反應(yīng)器中使用是不成功的。
[0043] 同時，U. S. 5, 256, 810描述了一種用于大致消除商用丙烯腈反應(yīng)器中的分布器的 氮化的方法，該方法通過使用專門設(shè)計的絕熱毯而使分布器內(nèi)部的氨的溫度保持足夠低， 以防止發(fā)生氮化。然而，由于成本和復(fù)雜設(shè)計，該解決方案也被證明是不令人滿意的。
[0044] 根據(jù)本實(shí)用新型的該特征，分布器由于金屬氮化而隨時間推移失效的這個問題通 過采用使分布器的各個部段以及作為整體的整個分布器能夠被快速而容易地更換的分布 器設(shè)計來解決。雖然在進(jìn)行這種更換時仍需要將丙烯腈反應(yīng)器停機(jī)，但相比常規(guī)實(shí)踐而言， 實(shí)現(xiàn)這種更換所花費(fèi)的時間大大縮短。結(jié)果，就損失生產(chǎn)時間和人力成本兩者而言，用于在 連續(xù)基礎(chǔ)上解決這種氮化問題的總成本顯著降低。
[0045] 圖4、圖5和圖6示出了本實(shí)用新型的一個特征，其中這種分布器氮化問題通過使 用氣密性快速斷開聯(lián)接件將分布器系統(tǒng)的入口連接到氨氧化反應(yīng)器的外壁來解決。在這些 附圖中所示的特定實(shí)施例中，主集管30的端部直接附連到反應(yīng)器10的壁40。因此，在該設(shè) 計中，該集管端部構(gòu)成分布器部段16的入口 31。在其它設(shè)計中，中間管路可用來將分布器 入口 31連接到集管30。為了方便，將結(jié)合圖4、圖5和圖6中所示的反應(yīng)器設(shè)計來描述本 實(shí)用新型的該特征。然而，應(yīng)當(dāng)理解，該特征及其優(yōu)點(diǎn)同等地適用于其它反應(yīng)器設(shè)計，諸如 例如其中分布器入口 31與主集管30通過中間管路分離的設(shè)計。
[0046] 如圖4所示，將進(jìn)料分布器16的分布器入口 31附連到反應(yīng)器10的壁40的常規(guī) 方式是通過焊接。相應(yīng)地，當(dāng)主集管管道30需要被更換時，必須采用焊接修理方法，其中緊 緊圍繞主集管管道30的那部分反應(yīng)器壁40通過焊接被切掉，在反應(yīng)器外殼12中由此形成 的開口通過以合適的補(bǔ)丁焊接來修理，并且新的主集管管道30也通過焊接而安裝在修理 過的反應(yīng)器壁40中。這需要顯著量的現(xiàn)場人力以及附加的材料，這可是成本高昂的。
[0047] 根據(jù)本實(shí)用新型的該特征，該問題通過采用用于將主集管管道30附連到反應(yīng)器 壁40的氣密性快速斷開聯(lián)接件設(shè)計來避免。這樣的聯(lián)接件的示例在圖5和圖6中示出，圖 中示出了具有柱形套筒44形式的"檢修孔"42,圓柱形套筒44的第一側(cè)以氣密方式永久地 焊接到形成于反應(yīng)器壁40中的永久性開口 48的周邊46。圓柱形套筒44的另一側(cè)或第二 側(cè)承載凸緣50,凸緣50限定用于在其中接納螺栓52的一系列通孔。同時，平坦的圓形板形 式的箍54以氣密方式永久性地焊接到主集管管道30的外部。此外，箍54也限定對應(yīng)于檢 修孔42的凸緣50中的通孔的一系列通孔56。
[0048] 利用該結(jié)構(gòu)，簡單地通過將主集管管道30的箍54螺接到檢修孔42的凸緣50可 將主集管管道30以氣密方式可釋放地固定到反應(yīng)器10的反應(yīng)器壁40。以相同的方式，可 簡單地通過將箍54從凸緣50去螺接而使主集管管道30與反應(yīng)器壁40分離。相應(yīng)地，由 于過度氮化而變得不可用的現(xiàn)有主集管30的更換可通過簡單的去螺接和再螺接過程而簡 單且容易地實(shí)現(xiàn)。由于不需要現(xiàn)場焊接，所以該更換程序比起常規(guī)地進(jìn)行的焊接修理方法 實(shí)現(xiàn)起來容易得多且成本更低。
[0049] 圖2、圖7和圖8示出了本實(shí)用新型的另一個特征，其中使用氣密性快速斷開聯(lián)接 件來解決分布器支管氮化的問題。如圖2中所示，將支管管道（或"支管"）32附連到主集 管管道（或"集管")30的常規(guī)方式是通過焊接。相應(yīng)地，當(dāng)各個支管32由于過度氮化而需 要被更換時，采用焊接修理方法，其中舊支管通過焊接或其它合適的切割技術(shù)而與主集管 管道30分離，并且將新支管通過焊接附連到主集管管道30。這也需要顯著量的現(xiàn)場人力， 這是成本高昂的。
[0050] 根據(jù)本實(shí)用新型的該特征，該問題通過采用用于將每個支管32附連到主集管管 道30的氣密性快速斷開聯(lián)接件設(shè)計來避免。這在圖7和圖8中示出，圖中示出了用來將每 個支管32連接到分布器系統(tǒng)16的主集管管道30的氣密性快速斷開聯(lián)接件60。雖然這些 附圖顯示每個支管直接連接到主集管管道30,但應(yīng)當(dāng)理解，這些支管中的一個或多個可例 如借助于中間管路（未示出）間接地連接到主集管管道30。
[0051] 氣密性快速斷開聯(lián)接件60是其中配合的部件（S卩，當(dāng)進(jìn)行連接時并在一起而在連 接被斷開時移開的部件）專門設(shè)計成僅通過機(jī)械手段（即，不使用焊接或粘合劑）接合到 彼此的聯(lián)接件。氣密性快速斷開聯(lián)接件也設(shè)計成在高溫條件下保持緊密密封，所述高溫條 件為例如在典型的商用氨氧化反應(yīng)器的正常操作期間以及在當(dāng)這樣的反應(yīng)器啟動和停機(jī) 時發(fā)生的溫度循環(huán)期間遇到的那種。適合這種用途的市售聯(lián)接件的示例為可得自Grayloc Products (Houston, Texas)的Grayloc金屬間內(nèi)孔密封夾具連接器。適合這種用途的市售 聯(lián)接件的另一個不例為可得自 Freudenberg Oil & Gas Technologies (Houston, Texas) 的Vector集團(tuán)的Techlok夾具連接器。適合這種用途的市售聯(lián)接件的又一個示例為可得 自 Australasian Fittings & Flanges (Osborne Park, WA, Australia)的 G_Lok? 夾具 連接器。常規(guī)的凸緣連接對于這種應(yīng)用是不太可取的，因?yàn)樗鼈冇捎谠诜磻?yīng)器操作期間的 溫度循環(huán)而易于泄漏。
[0052] 圖8示出了典型的氣密性快速斷開聯(lián)接件60的結(jié)構(gòu)，包括該聯(lián)接件將支管30互 連到主集管管道30的方式。如圖所示，聯(lián)接件60由將轂64和66接納并保持在一起的夾 具組件62形成，轂64和66承載在支管32和集管接頭72的面對的端部68和70上。當(dāng)由 螺栓73固定就位時，夾具組件62造成金屬密封環(huán)（未示出）固定在轂64和66之間并且 密封地接合轂64和66,從而在支管32和集管30之間形成氣密密封。
[0053] 通過使用氣密性快速斷開聯(lián)接件60,每個支管32可簡單地通過螺接或去螺接夾 具組件62而固定到主集管管道30和從主集管管道30去除。相應(yīng)地，由于過度氮化而變得 不可用的現(xiàn)有支管32的更換可通過簡單的去螺接和再螺接過程而簡單地且容易地實(shí)現(xiàn)。 由于不需要現(xiàn)場焊接，該更換程序比起常規(guī)地進(jìn)行的焊接修理方法實(shí)現(xiàn)起來容易得多且成 本更低。
[0054] 本文中所述的各個方面可用于具有各種尺寸直徑的反應(yīng)器。在一個優(yōu)選的方面， 反應(yīng)器可具有從約2至約12、在另一方面約5至約12米、在另一方面約8至約12米、并且 在另一方面約9至約11米的外徑。
[0055] 可變的進(jìn)料噴嘴尺寸
[0056] 根據(jù)該新分布器設(shè)計的另一個特征，隨著從進(jìn)料分布器的入口到每個進(jìn)料噴嘴的 行進(jìn)路徑增加，進(jìn)料噴嘴34的直徑略微增加。
[0057] 當(dāng)含氨進(jìn)料混合物行進(jìn)通過分布器16時，來自分布器外部的熱氣體的熱傳遞造 成分布器內(nèi)部的進(jìn)料混合物的溫度增加。結(jié)果，離開每個進(jìn)料噴嘴的進(jìn)料混合物的溫度是 不同的，具體取決于進(jìn)料混合物在離開之前在分布器中的時間有多長。具體而言，離開位于 更遠(yuǎn)離分布器入口處的進(jìn)料噴嘴的進(jìn)料混合物的溫度更熱于離開位于更靠近分布器入口 的進(jìn)料噴嘴的進(jìn)料混合物的溫度。在此上下文中，"更遠(yuǎn)離"和"更靠近"應(yīng)被理解為表示就 行進(jìn)路徑的長度而言更遠(yuǎn)離和更靠近分布器入口，該行進(jìn)路徑始于分布器入口處且終止于 進(jìn)料混合物通過其離開分布器的特定進(jìn)料噴嘴處。
[0058] 在常規(guī)的氨氧化反應(yīng)器中，進(jìn)料噴嘴34(圖3)的直徑都是相同的。結(jié)果，通過位 于更遠(yuǎn)離分布器入口處的進(jìn)料噴嘴34離開的進(jìn)料混合物的密度小于通過位于更靠近分布 器入口處的進(jìn)料噴嘴34離開的進(jìn)料混合物的密度，因?yàn)槊芏扰c溫度成反比。這又造成通過 位于更遠(yuǎn)離分布器入口處的進(jìn)料噴嘴34離開的含氨進(jìn)料混合物的質(zhì)量流量小于通過位于 更靠近分布器入口處的進(jìn)料噴嘴34離開的進(jìn)料混合物的質(zhì)量流量，前提條件是其它條件 相同，因?yàn)橘|(zhì)量流量與密度成正比。遺憾的是，通過每個進(jìn)料噴嘴的質(zhì)量流量的這種均勻性 的缺乏導(dǎo)致整體上低于最佳的反應(yīng)器性能，因?yàn)檫M(jìn)入氨氧化催化劑的床24的含氨進(jìn)料混 合物的量（即，單位時間的總質(zhì)量）在進(jìn)料噴嘴更遠(yuǎn)離分布器入口的反應(yīng)器區(qū)域中小于在 進(jìn)料噴嘴更靠近該入口的區(qū)域中。
[0059] 根據(jù)本實(shí)用新型的該特征，這個問題通過改變分布器進(jìn)料噴嘴34的尺寸來克服， 其中位于更遠(yuǎn)離分布器入口處的那些進(jìn)料噴嘴大于位于更靠近分布器入口處的那些進(jìn)料 噴嘴。"尺寸"、"更大"和"更小"在此上下文中是指噴嘴開口的橫截面積。在這方面，反應(yīng) 器外徑與不同尺寸的進(jìn)料噴嘴的數(shù)目的比率為約0. 5至約2. 5、在另一方面約1至約2、并 且在另一方面約1.5至約2。
[0060] 雖然在特定的丙烯腈反應(yīng)器中可使用具有不同尺寸的噴嘴，但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，使 用具有從約2至約10種不同尺寸、在另一方面約2至約8種不同尺寸、在另一方面約2至 約6種不同尺寸、在另一方面約2至約4種不同尺寸、在另一方面約3至約6種不同尺寸、 在另一方面約3至約4種不同尺寸、在另一方面約4至約8種不同尺寸、在另一方面約4至 約6種不同尺寸、在另一方面約5至約6種不同尺寸、在另一方面約5至約7種不同尺寸、 并且在另一方面約5至約8種不同尺寸的噴嘴（具體取決于反應(yīng)器的直徑）足以克服在大 多數(shù)丙烯腈反應(yīng)器中具有不均勻進(jìn)料的上述問題。在另一方面，如果反應(yīng)器具有約2至約 5米的外徑，那么進(jìn)料噴嘴具有約3至約4種不同尺寸。在另一方面，如果反應(yīng)器具有超過 約5至約12米的直徑，那么進(jìn)料噴嘴具有約5至約8種不同尺寸。因此，例如，使用具有三 種不同尺寸的噴嘴通常對于具有大約8至12英尺Γ2. 4至~3. 7米）的直徑的"小型"丙 烯腈反應(yīng)器來說是足夠的。另一方面，使用具有五或六種不同尺寸的噴嘴更適合具有大約 26至32英尺Γ7. 9至、.7米）或更大的直徑的"大型"丙烯腈反應(yīng)器。
[0061] 一般而言，在商用丙烯腈反應(yīng)器中進(jìn)料噴嘴34的尺寸（橫截面積）在15至80mm2、 更常見地20至60mm 2的范圍內(nèi)，具體取決于反應(yīng)器的尺寸和進(jìn)料噴嘴的密度，S卩，每平方米 反應(yīng)器橫截面的進(jìn)料噴嘴34的數(shù)目。這種相同的噴嘴尺寸設(shè)計也可結(jié)合本實(shí)用新型的該 特征使用。換言之，在給定的丙烯腈反應(yīng)器中所有進(jìn)料噴嘴的平均噴嘴尺寸將對應(yīng)于這些 值。
[0062] 就噴嘴尺寸的差異而言，在用于特定氨氧化反應(yīng)器的成組噴嘴中最大噴嘴與最小 噴嘴在橫截面積上的比率可小至1. 02且大至1. 35。具有中等尺寸的進(jìn)料噴嘴的尺寸可通 過計算和/或常規(guī)實(shí)驗(yàn)而容易地確定。
[0063] 就這一點(diǎn)而言，使用具有不同尺寸的進(jìn)料噴嘴34的目的是為了實(shí)現(xiàn)在進(jìn)料噴嘴 之間盡可能接近均勻的進(jìn)料混合物的質(zhì)量流量。在給定的分布器系統(tǒng)內(nèi)，穿過任何特定的 進(jìn)料噴嘴的進(jìn)料混合物的質(zhì)量流量主要基于其密度，密度又主要基于其溫度。相應(yīng)地，用于 具有中等尺寸的特定噴嘴的特定尺寸可通過參照穿過該進(jìn)料噴嘴的進(jìn)料混合物的預(yù)計溫 度而容易地確定，該預(yù)計溫度又可通過實(shí)際測量或通過適當(dāng)?shù)臒醾鬟f計算而容易地確定。 [0064] 利用該特征，穿過每個進(jìn)料噴嘴的含氨進(jìn)料混合物的質(zhì)量流量變得在進(jìn)料噴嘴之 間更接近均勻。這又導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)部在區(qū)域之間更接近均勻的操作，這使得生產(chǎn)率能夠最 大化。在這方面，通過任一個進(jìn)料噴嘴的質(zhì)量流量不超出任何其它噴嘴的質(zhì)量流量約5% 范圍、在另一方面不超出約4%范圍、在另一方面不超出約3%范圍、在另一方面不超出約2% 范圍、在另一方面不超出約1%范圍、在另一方面不超出約0. 5%范圍、在另一方面不超出約 0.25%范圍、以及在另一方面不超出約0. 1%范圍。
[0065] 該特征還通過確保正確流量的氣體始終流過分布器進(jìn)料噴嘴來最小化在啟動、停 機(jī)和甚至正常操作期間催化劑對進(jìn)料分布器的污染（催化劑倒流）。
[0066] 具有不斷減小的直徑的支管
[0067] 根據(jù)該新的分布器設(shè)計的又一個特征，支路分布器管道或"支管"32的直徑從其近 端到其遠(yuǎn)端（即，從其連接到集管30的端部到其遠(yuǎn)離集管30的相對端部）減小。
[0068] 在常規(guī)的丙烯腈反應(yīng)器中，支路分布器管道32的直徑沿管道的整個長度是相同 的。就該設(shè)計而言，通過管道的進(jìn)料混合物的流量從其近端到其遠(yuǎn)端顯著減小，因?yàn)檫M(jìn)入近 端的許多進(jìn)料混合物已通過沿管道的長度定位的進(jìn)料噴嘴34離開管道。結(jié)果，在這些管道 內(nèi)部的進(jìn)料混合物的速度在管道遠(yuǎn)端處或附近太慢，以至于對可存在于那里的任何氨氧化 催化劑不具有顯著影響。
[0069] 根據(jù)本實(shí)用新型的該特征，這個問題通過從其近端到其遠(yuǎn)端減小支路分布器管道 或"支管"32的直徑來避免。圖9A、圖9B、圖10A、圖10B和圖10C示出了本實(shí)用新型的該 特征。如在這些圖中所示，支管32的直徑從其近端37到其遠(yuǎn)端39逐步減小。
[0070] 利用該特征，含氨進(jìn)料混合物的速度可沿管道的整個長度保持足夠高，以使可非 故意地污染分布器系統(tǒng)16內(nèi)部的任何氨氧化催化劑被吹掃到下一進(jìn)料噴嘴34,在這里，催 化劑將與流過該進(jìn)料噴嘴的進(jìn)料氣一起排放。雖然用于去除催化劑的該機(jī)構(gòu)也在較早的設(shè) 計中使用，但在支管的遠(yuǎn)端處或附近的進(jìn)料氣的速度在這些設(shè)計中太慢，以至于不能將那 里存在的任何催化劑吹掃到下一進(jìn)料噴嘴。根據(jù)本實(shí)用新型的該特征，該問題通過將支管 的直徑從其近端到其遠(yuǎn)端減小來避免。結(jié)果是，在這些支管管道內(nèi)部的進(jìn)料氣的速度保持 足夠高，以將可存在于那里的任何催化劑吹掃到下一可用的進(jìn)料噴嘴，甚至在管道的遠(yuǎn)端 處。使用不斷減小的直徑使得適當(dāng)高的速度甚至在管道的遠(yuǎn)端處也是可能的，同時也避免 在管道的近端處不可接受地高的速度和/或壓降。
[0071] 雖然圖9A、圖9B、圖10A、圖10B和圖10C顯示支管32具有不同直徑的三個單獨(dú) 的部段，但應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本實(shí)用新型可使用任何方便數(shù)目的不同直徑。一般而言，不同直 徑的尺寸和數(shù)目被選擇為在所有分布器管道（即，集管30和所有支管32)中保持約10至 30、優(yōu)選15至25米/秒的氣體速度。
[0072] 本文中所述各個方面可用于具有各種尺寸直徑的反應(yīng)器。在一個優(yōu)選的方面，反 應(yīng)器可具有從約2至約12、在另一方面約5至約12米、在另一方面約8至約12米、并且在 另一方面約9至約11米的外徑。
[0073] 支管端蓋
[0074] 在實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的以上特征的可選的優(yōu)選方式中，構(gòu)造成具有不斷減小的直徑 的支管管道32的遠(yuǎn)端39端接有被一個或多個進(jìn)料噴嘴34穿透的端蓋（參見圖11)。如上 所述，該直徑不斷減小的特征確保在其遠(yuǎn)端處或附近流過支管32的進(jìn)料氣的速度保持相 對較高。通過用包括一個或多個進(jìn)料噴嘴的端蓋90端接具有較小遠(yuǎn)端39的支管32,可確 保該速度保持足夠高，以使得可存在于該遠(yuǎn)端處或附近的任何氨氧化催化劑保持移動，以 便其最終通過進(jìn)料噴嘴34吹出支管。圖11A和圖11B示出了圓形構(gòu)型，一個圖具有居中定 位的進(jìn)料噴嘴34,且另一個圖具有降低的進(jìn)料噴嘴34。圖11C和圖11D示出了平坦構(gòu)型， 一個圖具有居中定位的進(jìn)料噴嘴34,且另一個圖具有降低的進(jìn)料噴嘴34。降低的進(jìn)料噴嘴 構(gòu)型使其中催化劑可變得被截留的死空間最小化，但可能制造成本更高。
[0075] 多個進(jìn)料分布器部段
[0076] 根據(jù)該新分布器設(shè)計的又一個特征，進(jìn)料分布器16被細(xì)分成多個進(jìn)料分布器部 段，每個部段具有其自己的入口端口以用于從反應(yīng)器外部接收含氨進(jìn)料。
[0077] 在諸如圖2中示出的典型商用氨氧化反應(yīng)器中，使用單個進(jìn)料分布器系統(tǒng)16,其 中單個水平定向的集管30為系統(tǒng)的所有支管32供料。在這些系統(tǒng)的大多數(shù)中，如圖2和 圖4中進(jìn)一步所示地，分布器16的入口 31在與集管30基本上相同的水平面中位于反應(yīng)器 10的側(cè)壁中。
[0078] 當(dāng)這種分布器設(shè)計用于較大的丙烯腈反應(yīng)器（S卩，具有大于約6米Γ20英尺）的 直徑的反應(yīng)器）中時，由含氨進(jìn)料氣在分布器中所經(jīng)歷的最短行進(jìn)路徑和最長行進(jìn)路徑之 間的差值可變得很大，因?yàn)樵蠚膺M(jìn)入集管30的僅一個端部且因此必須一直行進(jìn)至另一 端部以到達(dá)附連到那里的支管。結(jié)果，離開每個進(jìn)料噴嘴34的進(jìn)料混合物的溫度、密度和 因此質(zhì)量流量可在進(jìn)料噴嘴之間顯著變化，具體取決于進(jìn)料噴嘴在分布器系統(tǒng)中所處的位 置。如上所述，在溫度、密度和質(zhì)量流量中的這種偏差可造成在反應(yīng)器性能和氮化的均勻性 兩方面的相當(dāng)大的問題。
[0079] 為了解決該問題，已經(jīng)提出將分布器入口 31移至遠(yuǎn)高于集管30的位置并且利用 合適的管路將分布器入口 31接合到集管30的中心。想法是，因?yàn)檫M(jìn)料氣被輸送至集管30 的中心而不是僅其端部中的一個處，所以該進(jìn)料氣通過集管30到所有支管32且通過所有 支管32的流動將比本來的情況更接近均勻。然而，該方法的問題是將分布器入口 31連接 到集管30的中心所需的附加管路隨時間推移而變得被氮化，這由于上文中所指出的原因 是非常不利的。
[0080] 根據(jù)本實(shí)用新型的該特征，進(jìn)料分布器16被分成多個進(jìn)料分布器部段，其中每個 分布器子部段設(shè)有其自己的分布器入口 31以用于從反應(yīng)器外部接收含氨進(jìn)料。每個分布 器部段還設(shè)有其自己的控制系統(tǒng)，以便可單獨(dú)地控制每個分布器部段中的含氨進(jìn)料混合物 的流動。此外，每個分布器部段的分布器入口 31位于由集管30限定的水平面處或附近。優(yōu) 選地，每個分布器部段的分布器入口 31與該水平面堅(jiān)直地間隔開不超過10英尺、更優(yōu)選地 不超過5英尺。
[0081] 本實(shí)用新型的分布器設(shè)計的該特征在圖12中示出，該圖顯示了相對于彼此以基 本上并排的關(guān)系布置在反應(yīng)器內(nèi)部的四個分開且獨(dú)立的進(jìn)料分布器部段100、102、104和 106。在此上下文中，"并排"應(yīng)被理解為表示各個分布器部段在反應(yīng)器內(nèi)部布置在基本上相 同的高度，而不是布置成一個在另一個頂部上。如圖12中進(jìn)一步所示地，分布器部段100、 102、104和106中的每一個分別包括分布器入口 110、112、114和116,所有分布器入口均 連接到位于反應(yīng)器10外部的公共進(jìn)料集管管道（未示出）。此外，提供了連接到控制系統(tǒng) (未示出）的單獨(dú)的控制閥120、122、124和126。
[0082] 利用該特征，每個單獨(dú)的分布器部段可被單獨(dú)地控制以調(diào)整由該分布器部段進(jìn)料 的含氨進(jìn)料混合物的量（質(zhì)量流量）。這允許在整體上對反應(yīng)器甚至更好的控制，因?yàn)榉磻?yīng) 器的每個區(qū)域可被單獨(dú)地控制。這又使每個區(qū)域能夠被"調(diào)整"以匹配其它區(qū)域，從而在整 個反應(yīng)器上實(shí)現(xiàn)最佳性能。
[0083] 本文中所述的各個方面可用于具有各種尺寸直徑的反應(yīng)器。在一個優(yōu)選的方面， 反應(yīng)器可具有從約2至約12、在另一方面約5至約12米、在另一方面約8至約12米、并且 在另一方面約9至約11米的外徑。
[0084] 雖然上文僅描述了本實(shí)用新型的一些具體示例，但應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實(shí)用新 型的精神和范圍的情況下可進(jìn)行許多修改。所有這樣的修改旨在包括在僅由所附權(quán)利要求 限制的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于氨氧化反應(yīng)器的進(jìn)料分布器，其有效用于從氨氧化反應(yīng)器外部通過所述 反應(yīng)器的反應(yīng)器壁且向所述反應(yīng)器內(nèi)部的氨氧化催化劑的流化床內(nèi)供應(yīng)含氨進(jìn)料混合物， 所述分布器包括：主集管管道；分布器入口，其與所述主集管管道流體連通；以及多個支路 分布器管道，其與所述主集管分布器管道流體連通，每個支路分布器管道限定進(jìn)料噴嘴以 用于將氨進(jìn)料混合物排入氨氧化催化劑的所述流化床中，其中，所述進(jìn)料噴嘴具有至少兩 種不同的尺寸，其中較小的進(jìn)料噴嘴位于更靠近所述入口處，并且較大的噴嘴位于更遠(yuǎn)離 所述入口處，取決于所述含氨進(jìn)料混合物從所述入口行進(jìn)通過所述分布器到每個噴嘴的距 離。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)料分布器，其特征在于，反應(yīng)器外徑與不同尺寸進(jìn)料噴嘴 的數(shù)目的比率為0.5至2. 5。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)料分布器，其特征在于，如果所述反應(yīng)器具有2至5米的外 徑，那么所述進(jìn)料噴嘴具有3至4種不同尺寸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)料分布器，其特征在于，如果所述反應(yīng)器具有超過5至12 米的外徑，那么所述進(jìn)料噴嘴具有5至8種不同尺寸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的進(jìn)料分布器，其特征在于，所述最大進(jìn)料噴嘴與所述 最小進(jìn)料噴嘴就橫截面積而言的比率為1. 02至1. 35。
【文檔編號】B01J8/24GK204017798SQ201420150233
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】T.R.麥克唐奈, J.R.庫奇, D.R.瓦納, P.T.瓦赫滕多夫, T.G.特拉弗斯 申請人:英尼奧斯歐洲股份公司