用于氧化反應(yīng)器或氨氧化反應(yīng)器的冷卻盤(pán)管設(shè)計(jì)的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[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(guò)選自由丙烷、丙烯或異丁烯、氨和氧構(gòu)成的集合的碳?xì)浠衔镌诖呋瘎┐嬖诘那闆r下直接反應(yīng)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(yīng)方案一起反應(yīng):
CH2=CH-CH3 + NH3 + 3/2 O2 — CH2=CH-CN + 3 H2O
通常稱為氨氧化的該過(guò)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(guò)程的典型的丙烯腈反應(yīng)器。如這里所示，反應(yīng)器10包括反應(yīng)器外殼12、空氣格柵14、供給噴灑器16、冷卻盤(pán)管18和旋風(fēng)分離器20。在正常運(yùn)行期間，過(guò)程空氣經(jīng)過(guò)空氣入口 22充入反應(yīng)器10中，同時(shí)丙烯和氨的混合物經(jīng)過(guò)供給噴灑器16充入反應(yīng)器10中。兩者的流速高到足以使反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)品氣體經(jīng)過(guò)反應(yīng)器流出物出口 26離開(kāi)反應(yīng)器10。在這樣做之前，它們穿過(guò)旋風(fēng)分離器20，旋風(fēng)分離器20移除這些氣體可能已攜帶的用于經(jīng)過(guò)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(pán)管組件18用于提取過(guò)量熱，且因此將反應(yīng)溫度保持在適當(dāng)?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(pán)管組件18的設(shè)計(jì)。圖2為反應(yīng)器10的局部軸向橫截視圖，其示出了反應(yīng)器10的冷卻盤(pán)管組件中的一組冷卻盤(pán)管，該組冷卻盤(pán)管由三個(gè)單獨(dú)的冷卻盤(pán)管(冷卻盤(pán)管42、冷卻盤(pán)管44和冷卻盤(pán)管46)構(gòu)成。冷卻盤(pán)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(pán)管44包括入口 52和出口 54，而冷卻盤(pán)管46包括入口 56和出口 58。如圖2中所示，冷卻盤(pán)管42，44和46中的各個(gè)均由一系列垂直地定向的冷卻盤(pán)管線路57限定，各個(gè)線路均由一對(duì)長(zhǎng)形的互連冷卻導(dǎo)管60構(gòu)成，該冷卻導(dǎo)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(pán)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(gè)相應(yīng)冷卻盤(pán)管的入口到出口的連續(xù)流動(dòng)通路。
[0005]圖3為圖2中所示的冷卻盤(pán)管組件18的頂視圖。如將從圖2和圖3中認(rèn)識(shí)到的那樣，冷卻盤(pán)管42，44和46形成一組冷卻盤(pán)管，其為共面的，即，各個(gè)位于公共垂直平面中。如圖3中進(jìn)一步所示，冷卻盤(pán)管組件18由多組這些冷卻盤(pán)管構(gòu)成，其中這些冷卻盤(pán)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(kāi)。此外，如可在圖3中進(jìn)一步看到的那樣，盡管該冷卻盤(pán)管組件中的許多冷卻盤(pán)管組包括三個(gè)不同的冷卻盤(pán)管，但其它冷卻盤(pán)管組包括兩個(gè)或四個(gè)冷卻盤(pán)管，而兩個(gè)冷卻盤(pán)管組包含僅一個(gè)冷卻盤(pán)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(pán)管組件18的特定結(jié)構(gòu)的更多細(xì)節(jié)。具體而言，圖4為僅示出冷卻盤(pán)管的上U形彎折配件63的示意圖。
[0007]如圖4中所示，冷卻盤(pán)管61包括入口 35、將入口 35連接到冷卻盤(pán)管61的第一冷卻盤(pán)管線路(未示出)的頂部上的供應(yīng)管線64，以及用于將冷卻盤(pán)管的連續(xù)盤(pán)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(yīng)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(jìn)一步認(rèn)識(shí)到的是，該冷卻盤(pán)管中的其余元件(即，形成各個(gè)冷卻盤(pán)管線路57的垂直地定向的冷卻導(dǎo)管60和相關(guān)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(shí)施例中，各個(gè)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(gè)U形配件限定的內(nèi)部彎曲部中。因此，包括所有其構(gòu)件部分(即，上U形彎折配件63、垂直地定向的導(dǎo)管60和下U形彎折部分62)以及冷卻盤(pán)管的全部?jī)?nèi)容物(即，循環(huán)的冷卻水)的各個(gè)冷卻盤(pán)管的全部重量由其相應(yīng)的支承梁70支承。
[0008]如圖4中進(jìn)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(gè)冷卻盤(pán)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(pán)管的定期檢查和/或修理所需的任何維護(hù)人員。
[0009]圖5為另一個(gè)示意圖，其示出了如何控制冷卻盤(pán)管組件18中的不同冷卻盤(pán)管。在此方面，在常規(guī)丙烯腈反應(yīng)器10的運(yùn)行期間的慣例是使冷卻盤(pán)管"輪流〃，即，獨(dú)立地且連續(xù)地定期關(guān)閉且然后重啟各個(gè)冷卻盤(pán)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(shí)間內(nèi)沉積在冷卻盤(pán)管的外表面上作為積垢。由于該鑰積垢不利地影響冷卻盤(pán)管的性能，故所需的是經(jīng)常除去該鑰積垢來(lái)保持冷卻盤(pán)管適當(dāng)?shù)刈饔?。一般而言，這通過(guò)定期關(guān)閉且然后重啟各個(gè)冷卻盤(pán)管來(lái)完成，這是因?yàn)樵撽P(guān)閉/重啟程序由于關(guān)閉和然后重啟造成冷卻盤(pán)管經(jīng)歷的較寬溫度波動(dòng)而引起對(duì)冷卻盤(pán)管的并非不顯著的機(jī)械沖擊。該機(jī)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(pán)管表面上的至少一些鑰積垢，且在此情況下恢復(fù)了該盤(pán)管的至少一些熱傳遞能力。這導(dǎo)致了延長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0010]為了將冷卻水供應(yīng)至獨(dú)立的冷卻盤(pán)管，一般使用圖5中所示的結(jié)構(gòu)。如那里所示，冷卻盤(pán)管61的入口 35與過(guò)程水入口集管80流體連通，過(guò)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(pán)管61的出口 65與過(guò)程水出口集管62流體連通，過(guò)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(guò)程水入口集管80和出口集管82采用完全環(huán)繞反應(yīng)器10的較大的連續(xù)水平地定向的導(dǎo)管形式。獨(dú)立地定期關(guān)閉和重啟各個(gè)冷卻盤(pán)管一般通過(guò)與該冷卻盤(pán)管的入口 35相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的斷流閥84來(lái)完成，在大多數(shù)設(shè)計(jì)中，該斷流閥84為簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)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(guò)程水入口集管80與過(guò)程水出口集管82之間的冷卻盤(pán)管61中的至少一個(gè)閥。即是說(shuō)，冷卻盤(pán)管61構(gòu)造成沒(méi)有任何附加的閥或其它流動(dòng)控制裝置，特別是沒(méi)有與冷卻盤(pán)管出口 65相關(guān)聯(lián)的流動(dòng)控制閥。這是因?yàn)榇祟惛郊拥拈y不必以上文所述的方式實(shí)現(xiàn)冷卻盤(pán)管的期望的運(yùn)行和控制。此外，消除出口流動(dòng)控制閥還消除了對(duì)安全泄壓閥的需要，否則如果使用此出口流動(dòng)控制閥，就將需要安全泄壓閥(即，將需要各個(gè)獨(dú)立盤(pán)管上的PSV)。
[0012]在作為整體的整個(gè)反應(yīng)器上以及從反應(yīng)器內(nèi)的一個(gè)區(qū)到另一個(gè)區(qū)將丙烯腈反應(yīng)器保持處于或接近其最佳反應(yīng)溫度對(duì)于良好的反應(yīng)器性能是重要的。此外，由于熱可從反應(yīng)器提取的速率通常是確定丙烯腈反應(yīng)器可運(yùn)行的最大容量的速率限制步驟，故良好的冷卻盤(pán)管設(shè)計(jì)也是重要的。此外，較差的冷卻盤(pán)管設(shè)計(jì)和/或運(yùn)行可導(dǎo)致過(guò)大的冷卻盤(pán)管腐蝕，這可需要很昂貴的過(guò)早修理。
[0013]因此，不斷需要商業(yè)丙烯腈反應(yīng)器的冷卻盤(pán)管的設(shè)計(jì)和運(yùn)行的改善，不但改善反應(yīng)器性能，而且減少導(dǎo)管的侵蝕，從而減少停機(jī)時(shí)間和修理成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]根據(jù)本發(fā)明，對(duì)用于典型的氧化反應(yīng)器或氨氧化反應(yīng)器如商業(yè)丙烯腈反應(yīng)器的冷卻盤(pán)管組件的設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行了一系列的改善。結(jié)果，不但改善了反應(yīng)器性能，而且還延長(zhǎng)了冷卻盤(pán)管組件的使用壽命。
[0015]因此，在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于移除由氧化反應(yīng)器或氨氧化反應(yīng)器生成的過(guò)量熱的冷卻盤(pán)管組件，該冷卻盤(pán)管組件包括多個(gè)冷卻盤(pán)管，各個(gè)冷卻盤(pán)管均包括多個(gè)冷卻盤(pán)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(gè)冷卻盤(pán)管線路限定垂直地定向的冷卻盤(pán)管線路平面，其中各個(gè)冷卻盤(pán)管從反應(yīng)器內(nèi)朝反應(yīng)器的外周沿相應(yīng)的垂直地定向的主冷卻盤(pán)管平面延伸，且進(jìn)一步其中，至少一個(gè)冷卻盤(pán)管中的至少一些冷卻盤(pán)管線路被布置成使得其冷卻盤(pán)管線路平面與該冷卻盤(pán)管的主冷卻盤(pán)管平面橫向。
[0016]此外，在第二實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于移除由氧化反應(yīng)器或氨氧化反應(yīng)器生成的過(guò)量熱的冷卻盤(pán)管組件，冷卻盤(pán)管組件包括單個(gè)或多個(gè)冷卻盤(pán)管，各個(gè)冷