CN104028172B - 用于氨氧化反应器的氨进料的控制 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于氨氧化反应器的氨进料的控制。具体而言，提供了一种用于控制提供至氨氧化反应器的氨和/空气的量的过程和系统。该过程包括保持急冷水底部的pH和调整反应器进料中的氨量以在反应器进料中提供大约1至大约2的氨与烃之比。此外，该过程可包括调整反应器进料中的空气量，以在反应器进料中提供大约9至大约10的空气与烃之比。

Description

用于氨氧化反应器的氨进料的控制
技术领域
提供了一种用于控制提供至氨氧化反应器的氨和/空气的量的过程。更具体而言，该过程包括保持急冷水底部的pH并且调整反应器进料中的氨量来在反应器进料中提供大约1至大约2的氨与烃之比。此外，该过程可包括调整反应器进料中的空气量，以在反应器进料中提供大约9至大约10的空气与烃之比。
背景技术
在丙烯腈的商业制造中，丙烯、氨和氧根据以下反应流程一起反应：
CH2=CH-CH3+NH3+3/2O2→CH2=CH-CN+3H2O
通常称为氨氧化的该过程在存在适合的流化床氨氧化催化剂的情况下在升高的温度(例如，350℃至480℃)下以气相执行。
图1示出了用于执行该过程的典型的丙烯腈反应器。如这里所示，反应器10包括反应器外壳12、空气格栅14、进料喷洒器16、冷却盘管18和旋风分离器(cyclone)20。在正常操作期间，过程空气穿过空气入口22充入反应器10中，同时，来自丙烯入口34和氨入口36的丙烯和氨的混合物通过给送喷洒器16充入反应器10中。这些进气的流速高到足以使反应器内部中的氨氧化催化剂床24流化，在该处发生丙烯和氨的成为丙烯腈的催化氨氧化反应。
反应气体穿过反应器流出物出口26离开反应器10。在这样做之前，它们行进穿过旋风分离器20，旋风分离器20移除这些气体可夹带的任何氨氧化催化剂，以用于穿过浸入管25送回到催化剂床24。氨氧化是极为发热的，且冷却盘管18用于回收余热，且因此将反应温度保持在适当的水平。
如图1进一步所示，从离开典型丙烯腈反应器10的热反应气体回收丙烯腈和其它副产物的第一步骤是通过在急冷塔30中用急冷水喷洒它们来冷却它们。这些反应气体含有未反应的氨，其在这些气体被进一步处理之前被移除。出于此目的，硫酸加至急冷水，其根据以下反应与该未反应的氨反应来产生硫酸铵：
H2SO4+2NH3→(NH4)2SO4
该硫酸铵溶解在急冷水塔底部中，其通过急冷底部出口管线31排出以废弃。此时大致较冷且基本上没有未反应的氨的热反应气体从急冷塔的上部穿过急冷气体出口管线33离开，以用于进一步处理。由于反应器流出物出口26中的这些总体反应气体中的未反应氨的量可随时间变化，故由pH监测器37监测急冷塔底部水的pH，且借助于硫酸控制阀40和控制器42调整加至急冷塔的硫酸的量，以将该pH保持在期望水平。补充水可根据需要穿过管线45加至急冷。
为了丙烯腈反应器10以最大效率操作，在任何特定时间给送至反应器的氨量应当在摩尔量上略微超过在将在相同时间给送至反应器的丙烯中的全部转换成丙烯腈所需的量。由于进入的丙烯的流速可出于许多原因而随时间变化，故惯例是连续地监测该流速F1，且借助于氨控制阀32和控制器38响应于该测得的丙烯流速来连续地调整进入的氨的流速。
为了进一步确保摩尔量略微过量的氨给送至丙烯腈反应器，还期望小但适合量的未反应氨存在于反应器流出物出口26中的总体反应产物气体中。出于此目的，定期测量这些气体中的氨浓度，且响应于该测得的未反应的氨浓度来调整控制器38中的目标或设定点氨/丙烯比(即，NH3/C3 =比)。所以，例如，如果未反应氨的测得浓度过低，则编程到控制器38中的NH3/C3 =比设定点略微增大，以便相对于连续地给送的丙烯略微多量的氨给送到反应器。
反应器流出物出口26中的未反应氨浓度的定期确定一般有规律地完成，例如，每周几次。因此，控制器38中目标NH3/C3 =比的响应于反应器流出物出口26中的未反应氨浓度的精密调整固有地受限，这是因为不能更频繁地获得关于此浓度的数据。
缺少该信息在使用平衡催化剂时(即，已经使用多次且因此已经实现了氧和钼两者的平衡浓度的氨氧化催化剂)不是太麻烦。尽管如此，当作出反应器操作条件的变化(诸如C3 =流速的变化)时，关于反应器流出物中的未反应氨的信息是未知的，直到分析反应器流出物分析。此外，当使用新鲜催化剂时，该精确度的缺少可导致显著问题，因为已知新鲜催化剂呈现出显著的氨燃烧(ammonia burning)，即，氨直接地氧化成氮氧化物和水，这两者都是多余的，且能够随时间快速变化。
发明内容
一种用于控制提供至氨氧化反应的氨量的过程包括将反应器进料提供至反应器，反应器进料包括氨、氧和从由丙烷、丙烯、异丁烷和异丁烯构成的集合选择的烃，和它们的组合；在存在催化剂的情况下使反应器进料反应，以提供反应器流出物流；将反应器流出物流提供至急冷容器；将急冷液体提供至急冷容器；使气态流与急冷液体接触；监测急冷水底部的pH；并且调整反应器进料中的氨量，以在反应器进料中提供大约1至大约2的氨与烃之比。
一种用于控制提供至氨氧化反应的空气量的过程包括将反应器进料提供至反应器，反应器进料包括氨、氧和从由丙烷、丙烯、异丁烷和异丁烯构成的集合选择的烃，和它们的组合；在存在催化剂的情况下使反应器进料反应，以提供反应器流出物流；监测反应器流出物中的氧量；并且调整反应器进料中的空气量，以在反应器进料中提供大约9至大约10的空气与烃之比。
一种氨氧化过程包括将反应器进料提供至反应器，反应器进料包括氨、氧和从由丙烷、丙烯、异丁烷和异丁烯构成的集合选择的烃，和它们的组合；在存在催化剂的情况下使反应器进料反应，以提供反应器流出物流；将急冷液体提供至急冷容器；使气态流与急冷液体接触；监测急冷水底部的pH，监测反应器流出物流中的氧量；调整反应器进料中的氨量，以在反应器进料中提供大约1至大约2的氨与烃之比；并且调整反应器进料中的空气量，以在反应器进料中提供大约9至大约10的空气与烃之比。
一种用于氨氧化反应器中的氨控制的系统包括：氨氧化反应器，其构造成将反应器流出物供应至急冷塔；pH传感器，其用于从急冷塔监测急冷水底部的pH；和控制器，其电子地连接于pH传感器和氨控制阀。构造成控制去往氨氧化反应器和控制器的氨流的氨控制阀构造成增大或减小穿过该氨控制阀的氨流。
附图说明
该过程的若干方面的以上和其它方面、特征和优点将从以下附图中变得清楚。
图1为示出给送至商业丙烯腈反应器的氨量的精密控制的示意图；且
图2为示出给送至商业丙烯腈反应器的氨量的精密控制的另一个方面的示意图。
对应的参考标号指出了遍及附图的若干视图的对应构件。技术人员将认识到，图中的元件是为了简单和清楚而示出的，且不一定按比例绘制。例如，图中的一些元件的大小可相对于其它元件放大，以有助于改善各种方面的理解。另外，通常不画出商业上可行的方面中可用或所需的普通但公知的元件，以便有助于更少地妨碍这些各种方面的观察。
具体实施方式
以下描述不是以限制意义进行的，而是仅为了描述示范实施例的总体原理的目的进行的。本发明的方面应当参考权利要求来确定。
氨控制
给送至商业丙烯腈反应器的氨量的精密控制根据本发明通过调整控制器38中的NH3/C3 =比设定点来实现，以用于响应于急冷塔30中的急冷水底部的测得pH来控制氨控制阀32的操作。如图2所示，pH传感器37连续地监测急冷塔30中的急冷水塔底部的pH。传感器37电子地连接于控制器38。此外，控制器38编程成以便修改其预定NH3/C3 =比设定点(其用于响应于进入的丙烯的测得流速F1控制氨控制阀32)，以便响应于急冷塔30中的急冷水底部的测得pH来调整该预定设定点。
如上文所指出的，这些急冷水塔底部的测得pH提供了反应器流出物管线26中的热反应气体中的未反应氨浓度的准确指示。因此，本发明通过响应于该测得pH改变控制器38的NH3/C3 =比设定点来利用该现象。所以，例如，如果该测得pH变得过低，这指出比所需的更多的硫酸给送至急冷塔30，则这又指出反应器流出物管线26中的未反应氨量已减小，控制器38的NH3/C3 =比设定点自动地增大对应的量。该设定点减小引起给送至反应器的丙烯的相对量的减小，且因此引起给送至反应器的氨的相对量的对应增大，这又导致反应器流出物管线26中的热反应气体中的未反应氨量增大回其期望值。
在一个实施例中，急冷液体穿过管线45提供至急冷容器。急冷液体可包括酸，以保持大约3至大约6的急冷液体的pH，且在另一方面中，大约4.5至大约6。使用的酸可为硫酸。
因此，可以看到的是，通过以此方式调整控制器38的NH3/C3 =比设定点，以连续方式自动地控制反应器流出物管线26中的未反应氨的量，以确保反应器中总是存在略微过量的氨，即使消耗的丙烯和氨的相对比随时间相对于彼此变化。在该方面中，该过程包括调整反应器进料中的氨量，以提供大约1至大约2的氨与烃的摩尔比，在另一方面中，大约1.25至大约1.75，在另一方面中，大约1.4至大约1.6，且在另一方面中，大约1.25至大约1.3。因此，显著的优点在于依赖控制器38的NH3/C3 =比设定点以确保丙烯腈反应器中总是保持适合的氨量是自动且连续地发生的，且因此不再取决于间断地发生的手动分析测试。在一方面中，系统构造成使得通过pH传感器在一小时或更短的延迟时间内检测到由增大或减小穿过氨控制阀的氨流引起的pH变化。在另一方面中，延迟时间可为大约10秒至大约60分钟，在另一方面中，大约30秒至大约45分钟，在另一方面中，大约1分钟至大约30分钟，在另一方面中，大约1分钟至大约10分钟，在另一方面中，大约1分钟至大约5分钟，且在另一方面中，大约2分钟至大约4分钟。
空气控制
在另一方面中，一种用于控制提供至氨氧化反应的空气量的过程包括监测反应器流出物中的氧量，并且调整反应器进料中的空气量，以在反应器进料中提供大约9至大约12的空气与烃之比，在另一方面中，大约9至大约11的比，在另一方面中，大约9至大约10的比，在另一方面中，大约10.5至大约11的比，在另一方面中，大约9.25至大约9.75的比，且在另一方面中，大约9.4至大约9.6的比。在相关方面中，反应器流出物流包括大约0.5至大约1重量%的氧。该过程还可包括连续地测量反应器流出物中的氧量且作为响应连续地调整空气与烃的摩尔比。氧可在反应器下游的任何位置处测量，诸如例如，反应器与急冷塔之间或急冷塔下游。在一方面中，氧监测器电子地连接于控制器38。控制器38可构造成增大或减小去往反应器的空气流。该系统构造成使得在一小时或更短的延迟时间内由氧监测器检测到由增加或减少的氧流引起的氧变化。在另一方面中，延迟时间可为大约10秒至大约60分钟，在另一方面中，大约30秒至大约45分钟，在另一方面中，大约1分钟至大约30分钟，在另一方面中，大约1分钟至大约10分钟，在另一方面中，大约1分钟至大约5分钟，且在另一方面中，大约2分钟至大约4分钟。
氨控制和空气控制可独立地使用，或两者可包括在氨氧化过程中。此外，还将认识到的是，本发明的技术不需要新的设备或结构加至现有的丙烯腈工厂，因为其可仅使用已经在工厂中的设备，特别是控制器38、氨控制阀32和用于感测急冷塔水底部的pH的pH传感器37来实施。实施本发明仅需使pH传感器37与控制器38电子地连接，且对该控制器重新编程以响应于由该传感器生成的信号根据本发明的教导内容来调整其NH3/C3 =比，这样做起来容易且廉价。
在另一方面中，本文所述的过程和系统可与多个尺寸的反应器和急冷塔一起使用，包括具有较大直径的反应器，诸如例如，大约9到大约12米，在另一方面中，大约10到大约12米，在另一方面中，大约10到大约11米，在另一方面中，大约9.4米和更大，在另一方面中，大约9.5米，且在另一方面中，大约10.7米。在该方面中，氨氧化反应反应器的截面面积与急冷塔的截面面积之比为大约1到大约3，在另一方面中，大约1.5到大约2.5，且在另一方面中，大约1.6到大约1.9。
尽管上文已经描述了本发明的仅一些实施例，但应当清楚的是，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出许多改型。所有此类改型都旨在包括在仅由以下权利要求限制的本发明的范围内。

Claims (32)

1.一种用于控制提供至氨氧化反应的氨量的过程，所述过程包括：
将反应器进料提供至反应器，所述反应器进料包括氨、氧和从由丙烷、丙烯、异丁烷和异丁烯构成的集合选择的烃，和它们的组合；
在存在催化剂的情况下使所述反应器进料反应，以提供反应器流出物流；
将所述反应器流出物流提供至急冷容器；
将急冷液体提供至所述急冷容器；
使气态流与所述急冷液体接触；
由pH监测器监测急冷水底部的pH；并且
通过响应于所述pH来修改控制器的预定氨/丙烯比设定点用于控制氨控制阀的操作，调整所述反应器进料中的氨量，以在所述反应器进料中提供1至2的氨与烃的摩尔比，其中，所述pH监测器电子地连接于所述控制器。
2.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，所述反应器流出物流包括丙烯腈和氨。
3.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，所述急冷液体包括酸。
4.根据权利要求3所述的过程，其特征在于，酸加至所述急冷液体，以保持3到6的所述急冷液体的pH。
5.根据权利要求4所述的过程，其特征在于，酸加至所述急冷液体，以保持4.5到6的所述急冷液体的pH。
6.根据权利要求3所述的过程，其特征在于，所述酸为硫酸。
7.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，连续地测量所述急冷水底部的pH。
8.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，连续地调整所述氨与烃的摩尔比。
9.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，由pH监测器在一小时或更短的延迟时间内检测到增大或减小穿过氨控制阀的氨流引起的pH变化。
10.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，氨氧化反应器的截面面积与所述急冷容器的截面面积之比为1到3。
11.一种氨氧化过程，包括：
将反应器进料提供至反应器，所述反应器进料包括氨、氧和从由丙烷、丙烯、异丁烷和异丁烯构成的集合选择的烃，和它们的组合；
在存在催化剂的情况下使所述反应器进料反应，以提供反应器流出物流；
将急冷液体提供至急冷容器；
使气态流与所述急冷液体接触；
由pH监测器监测急冷水底部的pH；
监测所述反应器流出物流中的氧量；
通过响应于所述pH来修改控制器的预定氨/丙烯比设定点用于控制氨控制阀的操作，调整所述反应器进料中的氨量，以在所述反应器进料中提供1至2的氨与烃之比，其中，所述pH监测器电子地连接于所述控制器；并且
调整所述反应器进料中的空气量，以在所述反应器进料中提供9至12的空气与烃的摩尔比。
12.根据权利要求11所述的过程，其特征在于，所述反应器流出物流包括丙烯腈、氨和氧。
13.根据权利要求11所述的过程，其特征在于，所述急冷液体包括酸。
14.根据权利要求13所述的过程，其特征在于，酸加至所述急冷液体，以保持3到6的所述急冷液体的pH。
15.根据权利要求14所述的过程，其特征在于，酸加至所述急冷液体，以保持4.5到6的所述急冷液体的pH。
16.根据权利要求13所述的过程，其特征在于，所述酸为硫酸。
17.根据权利要求11所述的过程，其特征在于，所述反应器流出物流包括0.5到1重量%的氧。
18.根据权利要求11所述的过程，其特征在于，连续地测量所述急冷水底部的pH。
19.根据权利要求11所述的过程，其特征在于，连续地调整所述氨与烃的摩尔比。
20.根据权利要求11所述的过程，其特征在于，连续地测量所述反应器流出物流中的氧量。
21.根据权利要求11所述的过程，其特征在于，连续地调整所述空气与烃的摩尔比。
22.根据权利要求11所述的过程，其特征在于，由pH监测器在一小时或更短的延迟时间内检测到增大或减小穿过氨控制阀的氨流引起的pH变化。
23.根据权利要求11所述的过程，其特征在于，由氧监测器在一小时或更短的延迟时间内检测到增大或减小氧流引起的氧变化。
24.根据权利要求11所述的过程，其特征在于，氨氧化反应器的截面面积与所述急冷容器的截面面积之比为1到3。
25.一种用于氨氧化反应器中的氨控制的系统，所述系统包括：
氨氧化反应器，其构造成将反应器流出物供应至急冷塔；
pH传感器，其用于从所述急冷塔监测急冷水底部的pH；和
控制器，其电子地连接于所述pH传感器和氨控制阀，所述氨控制阀构造成控制去往所述氨氧化反应器的氨流；
其中，所述控制器构造成增大或减小穿过所述氨控制阀的氨流。
26.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述系统构造成使得由所述pH传感器在一小时或更短的延迟时间内检测到增大或减小穿过所述氨控制阀的氨流引起的pH变化。
27.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，还包括氧监测器，其用于确定反应器流出物中的氧浓度，所述氧监测器电子地连接于所述控制器。
28.根据权利要求26所述的系统，其特征在于，所述控制器构造成增大或减小去往所述反应器的空气流。
29.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述系统构造成使得由氧监测器在一小时或更短的延迟时间内检测到增大或减小氧流引起的氧变化。
30.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述pH传感器提供连续测量。
31.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述氧监测器提供连续测量。
32.根据权利要求25所述的系统，其特征在于，所述氨氧化反应器的截面面积与所述急冷塔的截面面积之比为1到3。
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