用于氨氧化反應(yīng)器的進料分布器設(shè)計的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]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):
CH2=CH-CH3 + NH3 + 3/2 O2 — CH2=CH-CN+ 3 H2O
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行。
[0002]圖1示出了用來進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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]為此，將丙烯和氨進料到反應(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的圖2和圖3)中所示，進料分布器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)器操作期間通過進料噴嘴34充入。支管32和進料噴嘴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個進料噴嘴。
[0006]通常，每個進料噴嘴34都被進料護罩36包圍，進料護罩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。進料護罩34使得穿出噴嘴10的氣體的速度能夠在離開進入催化劑床24之前顯著減慢，這防止了本來可發(fā)生的催化劑的崩解。
[0007]工藝空氣通常在穿過空氣格柵14之后進入催化劑床24 (圖1)，空氣格柵14位于進料分布器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?？諝鈬娮斓闹睆健⒋┻^空氣格柵14的工藝空氣的質(zhì)量流量和穿過進料分布器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。
[0008]空氣噴嘴通常設(shè)有其自己的保護性空氣護罩(未示出)，該護罩通常位于空氣格柵14下方。此外，在許多情況下，進料噴嘴34與空氣格柵14中的空氣噴嘴以一對一關(guān)系設(shè)置，其中每個進料護罩36直接對準其對應(yīng)的空氣噴嘴以促進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。
[0009]雖然這種一般類型的丙烯/氨進料系統(tǒng)效果良好，但其的確存在某些缺點。例如，由于在高溫下持續(xù)暴露于氨，形成進料分布器16的金屬隨時間推移而經(jīng)歷氮化。結(jié)果，進料分布器16的各個部段和有時整個進料分布器需要被不時更換。這可是成本非常高的，特別是由于在進行更換時反應(yīng)器必須完全停機。
[0010]與這種丙烯/氨進料系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的第二個問題是運行的不均勻性。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，這進一步加重了氮化問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種新的進料分布器設(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。
[0012]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，更換一些或所有進料分布器所需的時間和勞動顯著減少。
[0013]根據(jù)該新分布器設(shè)計的另一個特征，隨著從進料分布器的入口到每個進料噴嘴的行進路徑增加，進料噴嘴34的相對直徑略微增加。由于該特征，穿過每個進料噴嘴的含氨進料混合物的質(zhì)量流量變得在進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料噴嘴來最小化催化劑倒流(back up)，S卩，在啟動、停機和甚至正常操作期間催化劑對進料分布器的污染。
[0014]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端(即，從其連接到主集管管道的端部到其遠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料混合物的速度沿支管的整個長度且尤其在其遠端處保持足夠高，以將可存在的任何氨氧化催化劑吹掃到下一進料噴嘴34，以便通過該進料噴嘴從支管內(nèi)部排放。
[0015]根據(jù)該新設(shè)計的又一個特征，進料分布器16被細分成多個進料分布器部段，每個部段具有其自己的入口端口以用于從反應(yīng)器外部接收含氨進料。由于該特征，可實現(xiàn)對反應(yīng)器在區(qū)域間的更好控制，因為單獨的控制系統(tǒng)可用來單獨地監(jiān)測和控制每個進料分布器部段中的操作。
[0016]因此，本發(fā)明在一個實施例中提供了一種改進的分布器，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)含氨進料混合物中使用，該改進的分布器包括: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料噴嘴以用于將丙烯/氨進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。
[0017]在另一個實施例中，本發(fā)明提供了一種改進的分布器，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)含氨進料混合物中使用，該改進的分布器包括: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料噴嘴以用于將含氨進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。
[0018]在又一個實施例中，本發(fā)明提供了一種改進的分布器，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)含氨進料混合物中使用，該改進的分布器包括: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料噴嘴以用于將含氨進料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中，其中進料噴嘴具有至少兩種不同的尺寸，其中較小的進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離分布器入口處，取決于丙烯/氨進料混合物從分布器入口行進通過分布器到每個噴嘴的距離。
[0019]在又一個實施例中，本發(fā)明提供了一種改進的分布器，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)氨進料混合物中使用，該改進的分布器包括: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離主集管管道的遠端，每個支路分布器管道還限定用于將含氨進料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中的進料噴嘴，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端減小。
[0020]在又一個實施例中，本發(fā)明提供了一種改進的分布器，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)含氨進料混合物中使用，該改進的分布器包括: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料噴嘴以用于將含氨進料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中，其中改進的分布器由布置在反應(yīng)器內(nèi)部的多個進料分布器部段構(gòu)成，每個進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)接收含氨進料。
【附圖說明】
[0021]通過參照以下附圖可更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
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；
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)；
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)的進料噴嘴和相關(guān)聯(lián)的進料護罩；
圖4是