用于氧化反應器或氨氧化反應器的冷卻盤管設計的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001 ] 用于制造丙烯腈和甲基丙烯腈的各種工藝和系統(tǒng)是已知的。常規(guī)工藝通常涉及通過選自由丙烷、丙烯或異丁烯、氨和氧構成的集合的碳氫化合物在催化劑存在的情況下直接反應產(chǎn)生的丙烯腈/甲基丙烯腈的回收和凈化。例如，在丙烯腈的商業(yè)制造中，丙烯、氨和氧根據(jù)以下反應方案一起反應:
CH2=CH-CH3 + NH3 + 3/2 O2 — CH2=CH-CN + 3 H2O
通常稱為氨氧化的該過程在存在適合的流化床氨氧化催化劑的情況下在升高的溫度(例如，350°C至480°C )下以氣相執(zhí)行。
[0002]圖1示出了用于執(zhí)行該過程的典型的丙烯腈反應器。如這里所示，反應器10包括反應器外殼12、空氣格柵14、供給噴灑器16、冷卻盤管18和旋風分離器20。在正常運行期間，過程空氣經(jīng)過空氣入口 22充入反應器10中，同時丙烯和氨的混合物經(jīng)過供給噴灑器16充入反應器10中。兩者的流速高到足以使反應器內(nèi)部中的氨氧化催化劑床24流化，在該處發(fā)生丙烯和氨向丙烯腈的催化氨氧化。
[0003]由反應產(chǎn)生的產(chǎn)品氣體經(jīng)過反應器流出物出口 26離開反應器10。在這樣做之前，它們穿過旋風分離器20，旋風分離器20移除這些氣體可能已攜帶的用于經(jīng)過浸入管25回到催化劑床24的任何氨氧化催化劑。氨氧化通常是高度發(fā)熱的，且因此冷卻盤管組件18用于提取過量熱，且因此將反應溫度保持在適當?shù)乃健?br>[0004]在此方面，圖2示意性地示出了用于此目的的常規(guī)冷卻盤管組件18的設計。圖2為反應器10的局部軸向橫截視圖，其示出了反應器10的冷卻盤管組件中的一組冷卻盤管，該組冷卻盤管由三個單獨的冷卻盤管(冷卻盤管42、冷卻盤管44和冷卻盤管46)構成。冷卻盤管42包括用于接收冷卻水的入口 48以及用于在被加熱和部分地轉(zhuǎn)變成蒸汽之后排出該冷卻水的出口 50。同樣，冷卻盤管44包括入口 52和出口 54，而冷卻盤管46包括入口 56和出口 58。如圖2中所示，冷卻盤管42，44和46中的各個均由一系列垂直地定向的冷卻盤管線路57限定，各個線路均由一對長形的互連冷卻導管60構成，該冷卻導管60在其底部處由下U形彎折配件62連接到彼此上。連續(xù)的冷卻盤管線路57還在其頂部處由上U形彎折配件63連接到彼此上，以便形成從各個相應冷卻盤管的入口到出口的連續(xù)流動通路。
[0005]圖3為圖2中所示的冷卻盤管組件18的頂視圖。如將從圖2和圖3中認識到的那樣，冷卻盤管42，44和46形成一組冷卻盤管，其為共面的，即，各個位于公共垂直平面中。如圖3中進一步所示，冷卻盤管組件18由多組這些冷卻盤管構成，其中這些冷卻盤管的各組均布置成大體上彼此平行且(可選地)與彼此等距間隔開。此外，如可在圖3中進一步看到的那樣，盡管該冷卻盤管組件中的許多冷卻盤管組包括三個不同的冷卻盤管，但其它冷卻盤管組包括兩個或四個冷卻盤管，而兩個冷卻盤管組包含僅一個冷卻盤管。
[0006]圖4為在圖2的線4-4上截取的放大頂部視圖，示出了圖2和圖3的冷卻盤管組件18的特定結構的更多細節(jié)。具體而言，圖4為僅示出冷卻盤管的上U形彎折配件63的示意圖。
[0007]如圖4中所示，冷卻盤管61包括入口 35、將入口 35連接到冷卻盤管61的第一冷卻盤管線路(未示出)的頂部上的供應管線64，以及用于將冷卻盤管的連續(xù)盤管線路連接到彼此上的一系列的上U形彎折配件63。還如該圖所示，所有這些元件(即，所有上U形彎折配件63以及供應管線64)都共面，即，它們所有都位于相同的公共垂直平面D上。此外，從圖2和圖3中將進一步認識到的是，該冷卻盤管中的其余元件(即，形成各個冷卻盤管線路57的垂直地定向的冷卻導管60和相關聯(lián)的下U形彎折配件62)也位于該公共垂直平面中。在所示的特定實施例中，各個上U形彎折配件63由支承梁70從下方支承，支承梁70被接收在由各個U形配件限定的內(nèi)部彎曲部中。因此，包括所有其構件部分(即，上U形彎折配件63、垂直地定向的導管60和下U形彎折部分62)以及冷卻盤管的全部內(nèi)容物(即，循環(huán)的冷卻水)的各個冷卻盤管的全部重量由其相應的支承梁70支承。
[0008]如圖4中進一步所示，適合的走道或通道74布置在一定高度處的每隔一個冷卻盤管之間，該高度在上U形彎折配件63處或其附近，以提供容易的接近，且支承冷卻盤管的定期檢查和/或修理所需的任何維護人員。
[0009]圖5為另一個示意圖，其示出了如何控制冷卻盤管組件18中的不同冷卻盤管。在此方面，在常規(guī)丙烯腈反應器10的運行期間的慣例是使冷卻盤管"輪流〃，即，獨立地且連續(xù)地定期關閉且然后重啟各個冷卻盤管。大多數(shù)商業(yè)氨氧化催化劑使鑰精煉，鑰一般在一定時間內(nèi)沉積在冷卻盤管的外表面上作為積垢。由于該鑰積垢不利地影響冷卻盤管的性能，故所需的是經(jīng)常除去該鑰積垢來保持冷卻盤管適當?shù)刈饔?。一般而言，這通過定期關閉且然后重啟各個冷卻盤管來完成，這是因為該關閉/重啟程序由于關閉和然后重啟造成冷卻盤管經(jīng)歷的較寬溫度波動而引起對冷卻盤管的并非不顯著的機械沖擊。該機械沖擊在大多數(shù)情況下足以除去可能已經(jīng)沉積在冷卻盤管表面上的至少一些鑰積垢，且在此情況下恢復了該盤管的至少一些熱傳遞能力。這導致了延長的時間段內(nèi)的穩(wěn)定運行。
[0010]為了將冷卻水供應至獨立的冷卻盤管，一般使用圖5中所示的結構。如那里所示，冷卻盤管61的入口 35與過程水入口集管80流體連通，過程水入口集管80的高度通常定位成低于上U形彎折配件63。同樣，冷卻盤管61的出口 65與過程水出口集管62流體連通，過程水出口集管62的高度通常定位成高于上U形彎折配件63。一般而言，過程水入口集管80和出口集管82采用完全環(huán)繞反應器10的較大的連續(xù)水平地定向的導管形式。獨立地定期關閉和重啟各個冷卻盤管一般通過與該冷卻盤管的入口 35相關聯(lián)的相應的斷流閥84來完成，在大多數(shù)設計中，該斷流閥84為簡單的開關閥，與能夠精密控制流體流速的控制閥相反。
[0011]還要注意，斷流閥84為過程水入口集管80與過程水出口集管82之間的冷卻盤管61中的至少一個閥。即是說，冷卻盤管61構造成沒有任何附加的閥或其它流動控制裝置，特別是沒有與冷卻盤管出口 65相關聯(lián)的流動控制閥。這是因為此類附加的閥不必以上文所述的方式實現(xiàn)冷卻盤管的期望的運行和控制。此外，消除出口流動控制閥還消除了對安全泄壓閥的需要，否則如果使用此出口流動控制閥，就將需要安全泄壓閥(即，將需要各個獨立盤管上的PSV)。
[0012]在作為整體的整個反應器上以及從反應器內(nèi)的一個區(qū)到另一個區(qū)將丙烯腈反應器保持處于或接近其最佳反應溫度對于良好的反應器性能是重要的。此外，由于熱可從反應器提取的速率通常是確定丙烯腈反應器可運行的最大容量的速率限制步驟，故良好的冷卻盤管設計也是重要的。此外，較差的冷卻盤管設計和/或運行可導致過大的冷卻盤管腐蝕，這可需要很昂貴的過早修理。
[0013]因此，不斷需要商業(yè)丙烯腈反應器的冷卻盤管的設計和運行的改善，不但改善反應器性能，而且減少導管的侵蝕，從而減少停機時間和修理成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]根據(jù)本發(fā)明，對用于典型的氧化反應器或氨氧化反應器如商業(yè)丙烯腈反應器的冷卻盤管組件的設計和運行進行了一系列的改善。結果，不但改善了反應器性能，而且還延長了冷卻盤管組件的使用壽命。
[0015]因此，在一個實施例中，本發(fā)明提供了一種用于移除由氧化反應器或氨氧化反應器生成的過量熱的冷卻盤管組件，該冷卻盤管組件包括多個冷卻盤管，各個冷卻盤管均包括多個冷卻盤管線路，其流體地串聯(lián)連接到彼此上，以便限定具有冷卻水入口和冷卻水出口的冷卻水通路，各個冷卻盤管線路限定垂直地定向的冷卻盤管線路平面，其中各個冷卻盤管從反應器內(nèi)朝反應器的外周沿相應的垂直地定向的主冷卻盤管平面延伸，且進一步其中，至少一個冷卻盤管中的至少一些冷卻盤管線路被布置成使得其冷卻盤管線路平面與該冷卻盤管的主冷卻盤管平面橫向。
[0016]此外，在第二實施例中，本發(fā)明提供了一種用于移除由氧化反應器或氨氧化反應器生成的過量熱的冷卻盤管組件，冷卻盤管組件包括單個或多個冷卻盤管，各個冷卻盤管均限定用于輸送穿過該處的冷卻水的冷卻水流動通路、冷卻水入口和冷卻水出口，各個冷卻盤管還包括與其冷卻水入口相關聯(lián)的冷卻水斷流閥，各個冷卻盤管也沒有用于控制穿過其冷卻水出口的冷卻水流的閥，其中至少一些冷卻水流動通路的長度彼此不同。在此方面，一定數(shù)目的冷卻盤管被選擇成提供大約15%或更少的轉(zhuǎn)變成蒸汽的冷卻水的平均百分比。
[0017]此外，在第三實施例中，本發(fā)明提供了一種用于移除由具有壁的氧化反應器或氨氧化反應器生成的過量熱的冷卻盤管組件，該冷卻盤管組件包括單個或多個冷