CN104941524B - 用于氨氧化反应器的进料分布器设计 - Google Patents

Abstract

通过使用气密性快速断开配件将分布器的各个部段附连到彼此以及反应器的壁来方便更换在商用氨氧化反应器中使用的进料分布器的不同部段。此外，在这些分布器部段中支管管道的直径以及附连到这些支管的进料喷嘴的直径被改变以有利于通过这些部件的进料气体的均匀流动。分布器可被细分成布置用于更好的反应器控制的多个进料分布器部段。最后，端接于分布器支管管道的远端的端盖可设有喷嘴，以用于去除可能非故意地到达分布器内部的任何氨氧化催化剂。

Description

用于氨氧化反应器的进料分布器设计

背景技术

在丙烯腈的商业制造中，丙烯、氨和氧按照以下反应图式一起反应：

CH₂=CH-CH₃ + NH₃ + 3/2 O₂ → CH₂=CH-CN+ 3 H₂O

通常称为氨氧化的这个过程在合适的流化床氨氧化催化剂的存在下在高温下以气相进行。

图1示出了用来进行该过程的典型的氨氧化反应器。如该图所示，反应器10包括反应器壁12、空气格栅14、进料分布器(sparger)16、冷却盘管18和旋流器(cyclone)20。在正常操作期间，工艺空气通过空气入口22充入反应器10中，而丙烯和氨的混合物通过进料分布器16充入反应器10中。两者的流量都足够高，以使反应器内部的氨氧化催化剂的床24流化，在其中发生丙烯和氨向丙烯腈的催化氨氧化。

由反应产生的产物气体通过反应器流出物出口26离开反应器10。在这样做之前，产物气体穿过旋流器20，旋流器20去除这些气体可夹带的任何氨氧化催化剂，以通过料腿(diplegs)25返回到催化剂床24。氨氧化是高度放热的，因此使用冷却盘管18来带走过量的热量，从而将反应温度保持在适当水平。

丙烯和氨可与氧形成爆炸性混合物。然而，在正常操作温度下，在反应器10内部由流化的氨化作用催化剂来防止爆炸，该催化剂在爆炸可发生之前优先催化氨氧化反应。相应地，反应器10被设计和操作成使得在正常操作期间允许工艺空气接触丙烯和氨的唯一地方是在氨氧化催化剂24的流化床内，且因此仅在催化剂的温度高至足以催化氨氧化反应时。

为此，将丙烯和氨进料到反应器10的传统方式使用诸如在U.S. 5, 256,810中所示的进料分布器系统16，该专利的公开内容以引用方式并入本文中。如‘810专利的图1和图2(这两幅图被重新编号为本文献的图2和图3)中所示，进料分布器16采取一系列供应管或管道的形式，其包括主集管30和支管(lateral)32，支管32附连到集管30且从集管30分出。一系列面向下的进料喷嘴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应器操作期间通过进料喷嘴34充入。支管32和进料喷嘴34的数目和间距使得横跨反应器10的整个横截面积大致均匀地定位有每平方米总共约10至30个进料喷嘴。

通常，每个进料喷嘴34都被进料护罩36包围，进料护罩36采取管道的短部段的形式，该管道的内径为喷嘴34的直径的若干倍。进料护罩34使得穿出喷嘴10的气体的速度能够在离开进入催化剂床24之前显著减慢，这防止了本来可发生的催化剂的崩解。

工艺空气通常在穿过空气格栅14之后进入催化剂床24(图1)，空气格栅14位于进料分布器16下方。如熟知的，空气格栅14通常采取连续的金属片材的形式，其限定在其中的一系列空气孔或喷嘴。空气喷嘴的直径、穿过空气格栅14的工艺空气的质量流量和穿过进料分布器16的丙烯/氨混合物的质量流量经选择，使得催化剂床24中的氨氧化催化剂在正常操作期间被这些气体完全流化。

空气喷嘴通常设有其自己的保护性空气护罩(未示出)，该护罩通常位于空气格栅14下方。此外，在许多情况下，进料喷嘴34与空气格栅14中的空气喷嘴以一对一关系设置，其中每个进料护罩36直接对准其对应的空气喷嘴以促进穿出这两种不同的喷嘴的气体的快速且充分的混合。参见U.S. 4,801,731。

虽然这种一般类型的丙烯/氨进料系统效果良好，但其的确存在某些缺点。例如，由于在高温下持续暴露于氨，形成进料分布器16的金属随时间推移而经历氮化。结果，进料分布器16的各个部段和有时整个进料分布器需要被不时更换。这可是成本非常高的，特别是由于在进行更换时反应器必须完全停机。

与这种丙烯/氨进料系统相关联的第二个问题是运行的不均匀性。这不仅不利地影响系统的生产率，而且还导致了不均匀氮化，这进一步加重了氮化问题。

发明内容

根据本发明，提供了一种新的进料分布器设计，其显著减少了这些问题，并且在一些情况下大致完全消除了问题。

根据该新分布器设计的一个特征，使用气密性快速断开配件将分布器的主集管管道附连到主集管管道所穿过的反应器的壁，或者将形成进料分布器的各种管道连接到彼此，或者两者。由于该特征，当更换由于过度氮化而变得必要时，更换一些或所有进料分布器所需的时间和劳动显著减少。

根据该新分布器设计的另一个特征，随着从进料分布器的入口到每个进料喷嘴的行进路径增加，进料喷嘴34的相对直径略微增加。由于该特征，穿过每个进料喷嘴的含氨进料混合物的质量流量变得在进料喷嘴之间更接近均匀。这又导致反应器内部在区域之间更接近均匀的操作，这使得生产率能够最大化。该特征还通过确保正确流量的气体始终流过分布器进料喷嘴来最小化催化剂倒流(back up)，即，在启动、停机和甚至正常操作期间催化剂对进料分布器的污染。

根据该新分布器设计的又一个特征，支管32的直径从其近端到其远端(即，从其连接到主集管管道的端部到其远离主集管管道的端部)减小。由于该特征，流过这些支管的含氨进料混合物的速度沿支管的整个长度且尤其在其远端处保持足够高，以将可存在的任何氨氧化催化剂吹扫到下一进料喷嘴34，以便通过该进料喷嘴从支管内部排放。

根据该新设计的又一个特征，进料分布器16被细分成多个进料分布器部段，每个部段具有其自己的入口端口以用于从反应器外部接收含氨进料。由于该特征，可实现对反应器在区域间的更好控制，因为单独的控制系统可用来单独地监测和控制每个进料分布器部段中的操作。

因此，本发明在一个实施例中提供了一种改进的分布器，用于在从氨氧化反应器外部通过反应器的反应器壁且向反应器内部的氨氧化催化剂的流化床内供应含氨进料混合物中使用，该改进的分布器包括：主集管管道；分布器入口，其与主集管管道流体连通，该分布器入口刚性地附连到反应器壁；以及多个支路分布器管道，其与主集管分布器管道流体连通，该支路分布器管道限定进料喷嘴以用于将丙烯/氨进料混合物排入氨氧化催化剂的流化床中，其中分布器入口借助于气密性快速断开配件刚性地附连到反应器壁。

在另一个实施例中，本发明提供了一种改进的分布器，用于在从氨氧化反应器外部通过反应器的反应器壁且向反应器内部的氨氧化催化剂的流化床内供应含氨进料混合物中使用，该改进的分布器包括：主集管管道；分布器入口，其与主集管管道流体连通；以及多个支路分布器管道，其与主集管分布器管道流体连通，该支路分布器管道限定进料喷嘴以用于将含氨进料混合物排入氨氧化催化剂的流化床中，其中支路分布器管道中的至少一些通过相应的气密性快速断开配件附连到主集管管道。

在又一个实施例中，本发明提供了一种改进的分布器，用于在从氨氧化反应器外部通过反应器的反应器壁且向反应器内部的氨氧化催化剂的流化床内供应含氨进料混合物中使用，该改进的分布器包括：主集管管道；分布器入口，其与主集管管道流体连通；以及多个支路分布器管道，其与主集管分布器管道流体连通，每个支路分布器管道限定进料喷嘴以用于将含氨进料混合物排入氨氧化催化剂的流化床中，其中进料喷嘴具有至少两种不同的尺寸，其中较小的进料喷嘴位于更靠近分布器入口处，并且较大的喷嘴位于更远离分布器入口处，取决于丙烯/氨进料混合物从分布器入口行进通过分布器到每个喷嘴的距离。

在又一个实施例中，本发明提供了一种改进的分布器，用于在从氨氧化反应器外部通过反应器的反应器壁且向反应器内部的氨氧化催化剂的流化床内供应氨进料混合物中使用，该改进的分布器包括：主集管管道；分布器入口，其与主集管管道流体连通；以及多个支路分布器管道，每个支路分布器管道具有与主集管管道流体连通的近端和远离主集管管道的远端，每个支路分布器管道还限定用于将含氨进料混合物排入氨氧化催化剂的流化床中的进料喷嘴，其中支路分布器管道中的至少一些的直径从其近端到其远端减小。

在又一个实施例中，本发明提供了一种改进的分布器，用于在从氨氧化反应器外部通过反应器的反应器壁且向反应器内部的氨氧化催化剂的流化床内供应含氨进料混合物中使用，该改进的分布器包括：主集管管道；分布器入口，其与主集管管道流体连通；以及多个支路分布器管道，其与主集管分布器管道流体连通，该支路分布器管道限定进料喷嘴以用于将含氨进料混合物排入氨氧化催化剂的流化床中，其中改进的分布器由布置在反应器内部的多个进料分布器部段构成，每个进料分布器部段具有其自己的分布器入口，以用于从反应器外部、其自己的主集管管道和其自己的支路分布器管道的系统接收含氨进料。

附图说明

通过参照以下附图可更好地理解本发明，在附图中：

图1是示意图，其示出了用于制备丙烯腈的常规氨氧化反应器的反应器部段；

图2是平面图，其示出了图1的氨氧化反应器的常规分布器系统的下侧；

图3是沿图2的线3-3截取的剖视图，图3示出了图2的常规分布器系统的进料喷嘴和相关联的进料护罩；

图4是剖视图，示出了商用氨氧化反应器的进料分布器的主集管管道穿透且连接到反应器的侧壁的方式；

图5是类似于图4的剖视图，示出了本发明的一个特征，其中进料分布器的主集管管道穿透且借助于气密性快速断开联接件连接到反应器的侧壁；

图6是图5的气密性快速断开联接件的侧视图；

图7是类似于图2的剖视图，示出了本发明的另一个特征，其中分布器支管管道借助于气密性快速断开联接件连接到分布器的主集管管道；

图8是平面图，更详细地示出了图7的气密性快速断开联接件；

图9A和图9B是根据本发明的另一个特征使用的分布器支管管道的侧剖视图，示出了该支管的直径如何随着距分布器集管管道的距离增加而减小；

图10A、图10B和图10C是图9的分布器支管管道的横剖视图，进一步示出了该支管的直径如何随距分布器集管管道的距离增加而减小；

图11A、图11B、图11C和图11D是根据本发明的分布器系统的另一个特征使用的分布器支管端盖的竖直剖视图；以及

图12是平面图，其示出了本发明的另一个特征，其中丙烯腈反应器的进料分布器被细分成多个进料分布器部段。

具体实施方式

定义

如本文所用，“流体连通”是指有效用于允许相同的液体或蒸气从一区域传送至另一区域的连接或管道。

如本文所用，“可释放地固定”是指允许物件通过非破坏性方式断开的非焊接连接。例如，可释放地固定可指螺栓、锚栓、螺接的凸缘以及它们的组合。

如本文所用，“含氨进料混合物”是指氨与饱和的和/或不饱和的C3至C4烃的共混物。饱和的和/或不饱和的C3至C4烃可包括丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、以及它们的混合物。

快速断开联接件

如上文所述，在商用丙烯腈反应器的操作中遇到的主要问题是进料分布器由于形成其的金属的氮化而随时间推移失效。为了解决这个问题，已经提出由例如在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来制造分布器。遗憾的是，由于流化床催化剂氨氧化反应特有的某些问题以及其成本原因，已证明该解决方案对于在商用丙烯腈反应器中使用是不成功的。

同时，U.S. 5,256,810描述了一种用于大致消除商用丙烯腈反应器中的分布器的氮化的方法，该方法通过使用专门设计的绝热毯而使分布器内部的氨的温度保持足够低，以防止发生氮化。然而，由于成本和复杂设计，该解决方案也被证明是不令人满意的。

根据本发明的该特征，分布器由于金属氮化而随时间推移失效的这个问题通过采用使分布器的各个部段以及作为整体的整个分布器能够被快速而容易地更换的分布器设计来解决。虽然在进行这种更换时仍需要将丙烯腈反应器停机，但相比常规实践而言，实现这种更换所花费的时间大大缩短。结果，就损失生产时间和人力成本两者而言，用于在连续基础上解决这种氮化问题的总成本显著降低。

图4、图5和图6示出了本发明的一个特征，其中这种分布器氮化问题通过使用气密性快速断开联接件将分布器系统的入口连接到氨氧化反应器的外壁来解决。在这些附图中所示的特定实施例中，主集管30的端部直接附连到反应器10的壁40。因此，在该设计中，该集管端部构成分布器部段16的入口31。在其它设计中，中间管路可用来将分布器入口31连接到集管30。为了方便，将结合图4、图5和图6中所示的反应器设计来描述本发明的该特征。然而，应当理解，该特征及其优点同等地适用于其它反应器设计，诸如例如其中分布器入口31与主集管30通过中间管路分离的设计。

如图4所示，将进料分布器16的分布器入口31附连到反应器10的壁40的常规方式是通过焊接。相应地，当主集管管道30需要被更换时，必须采用焊接修理方法，其中紧紧围绕主集管管道30的那部分反应器壁40通过焊接被切掉，在反应器外壳12中由此形成的开口通过以合适的补丁焊接来修理，并且新的主集管管道30也通过焊接而安装在修理过的反应器壁40中。这需要显著量的现场人力以及附加的材料，这可是成本高昂的。

根据本发明的该特征，该问题通过采用用于将主集管管道30附连到反应器壁40的气密性快速断开联接件设计来避免。这样的联接件的示例在图5和图6中示出，图中示出了具有柱形套筒44形式的“检修孔”42，圆柱形套筒44的第一侧以气密方式永久地焊接到形成于反应器壁40中的永久性开口48的周边46。圆柱形套筒44的另一侧或第二侧承载凸缘50，凸缘50限定用于在其中接纳螺栓52的一系列通孔。同时，平坦的圆形板形式的箍54以气密方式永久性地焊接到主集管管道30的外部。此外，箍54也限定对应于检修孔42的凸缘50中的通孔的一系列通孔56。

利用该结构，简单地通过将主集管管道30的箍54螺接到检修孔42的凸缘50可将主集管管道30以气密方式可释放地固定到反应器10的反应器壁40。以相同的方式，可简单地通过将箍54从凸缘50去螺接而使主集管管道30与反应器壁40分离。相应地，由于过度氮化而变得不可用的现有主集管30的更换可通过简单的去螺接和再螺接过程而简单且容易地实现。由于不需要现场焊接，所以该更换程序比起常规地进行的焊接修理方法实现起来容易得多且成本更低。

图2、图7和图8示出了本发明的另一个特征，其中使用气密性快速断开联接件来解决分布器支管氮化的问题。如图2中所示，将支管管道(或“支管”)32附连到主集管管道(或“集管”)30的常规方式是通过焊接。相应地，当各个支管32由于过度氮化而需要被更换时，采用焊接修理方法，其中旧支管通过焊接或其它合适的切割技术而与主集管管道30分离，并且将新支管通过焊接附连到主集管管道30。这也需要显著量的现场人力，这是成本高昂的。

根据本发明的该特征，该问题通过采用用于将每个支管32附连到主集管管道30的气密性快速断开联接件设计来避免。这在图7和图8中示出，图中示出了用来将每个支管32连接到分布器系统16的主集管管道30的气密性快速断开联接件60。虽然这些附图显示每个支管直接连接到主集管管道30，但应当理解，这些支管中的一个或多个可例如借助于中间管路(未示出)间接地连接到主集管管道30。

气密性快速断开联接件60是其中配合的部件(即，当进行连接时并在一起而在连接被断开时移开的部件)专门设计成仅通过机械手段(即，不使用焊接或粘合剂)接合到彼此的联接件。气密性快速断开联接件也设计成在高温条件下保持紧密密封，所述高温条件为例如在典型的商用氨氧化反应器的正常操作期间以及在当这样的反应器启动和停机时发生的温度循环期间遇到的那种。适合这种用途的市售联接件的示例为可得自GraylocProducts (Houston, Texas)的Grayloc金属间内孔密封夹具连接器。适合这种用途的市售联接件的另一个示例为可得自Freudenberg Oil & Gas Technologies (Houston, Texas)的Vector集团的Techlok夹具连接器。适合这种用途的市售联接件的又一个示例为可得自Australasian Fittings & Flanges (Osborne Park, WA, Australia)的G-Lok^®夹具连接器。常规的凸缘连接对于这种应用是不太可取的，因为它们由于在反应器操作期间的温度循环而易于泄漏。

图8示出了典型的气密性快速断开联接件60的结构，包括该联接件将支管30互连到主集管管道30的方式。如图所示，联接件60由将毂64和66接纳并保持在一起的夹具组件62形成，毂64和66承载在支管32和集管接头72的面对的端部68和70上。当由螺栓73固定就位时，夹具组件62造成金属密封环(未示出)固定在毂64和66之间并且密封地接合毂64和66，从而在支管32和集管30之间形成气密密封。

通过使用气密性快速断开联接件60，每个支管32可简单地通过螺接或去螺接夹具组件62而固定到主集管管道30和从主集管管道30去除。相应地，由于过度氮化而变得不可用的现有支管32的更换可通过简单的去螺接和再螺接过程而简单地且容易地实现。由于不需要现场焊接，该更换程序比起常规地进行的焊接修理方法实现起来容易得多且成本更低。

本文中所述的各个方面可用于具有各种尺寸直径的反应器。在一个优选的方面，反应器可具有从约2至约12、在另一方面约5至约12米、在另一方面约8至约12米、并且在另一方面约9至约11米的外径。

可变的进料喷嘴尺寸

根据该新分布器设计的另一个特征，随着从进料分布器的入口到每个进料喷嘴的行进路径增加，进料喷嘴34的直径略微增加。

当含氨进料混合物行进通过分布器16时，来自分布器外部的热气体的热传递造成分布器内部的进料混合物的温度增加。结果，离开每个进料喷嘴的进料混合物的温度是不同的，具体取决于进料混合物在离开之前在分布器中的时间有多长。具体而言，离开位于更远离分布器入口处的进料喷嘴的进料混合物的温度更热于离开位于更靠近分布器入口的进料喷嘴的进料混合物的温度。在此上下文中，“更远离”和“更靠近”应被理解为表示就行进路径的长度而言更远离和更靠近分布器入口，该行进路径始于分布器入口处且终止于进料混合物通过其离开分布器的特定进料喷嘴处。

在常规的氨氧化反应器中，进料喷嘴34(图3)的直径都是相同的。结果，通过位于更远离分布器入口处的进料喷嘴34离开的进料混合物的密度小于通过位于更靠近分布器入口处的进料喷嘴34离开的进料混合物的密度，因为密度与温度成反比。这又造成通过位于更远离分布器入口处的进料喷嘴34离开的含氨进料混合物的质量流量小于通过位于更靠近分布器入口处的进料喷嘴34离开的进料混合物的质量流量，前提条件是其它条件相同，因为质量流量与密度成正比。遗憾的是，通过每个进料喷嘴的质量流量的这种均匀性的缺乏导致整体上低于最佳的反应器性能，因为进入氨氧化催化剂的床24的含氨进料混合物的量(即，单位时间的总质量)在进料喷嘴更远离分布器入口的反应器区域中小于在进料喷嘴更靠近该入口的区域中。

根据本发明的该特征，这个问题通过改变分布器进料喷嘴34的尺寸来克服，其中位于更远离分布器入口处的那些进料喷嘴大于位于更靠近分布器入口处的那些进料喷嘴。“尺寸”、“更大”和“更小”在此上下文中是指喷嘴开口的横截面积。在这方面，反应器外径与不同尺寸的进料喷嘴的数目的比率为约0.5至约2.5、在另一方面约1至约2、并且在另一方面约1.5至约2。

虽然在特定的丙烯腈反应器中可使用具有不同尺寸的喷嘴，但已经发现的是，使用具有从约2至约10种不同尺寸、在另一方面约2至约8种不同尺寸、在另一方面约2至约6种不同尺寸、在另一方面约2至约4种不同尺寸、在另一方面约3至约6种不同尺寸、在另一方面约3至约4种不同尺寸、在另一方面约4至约8种不同尺寸、在另一方面约4至约6种不同尺寸、在另一方面约5至约6种不同尺寸、在另一方面约5至约7种不同尺寸、并且在另一方面约5至约8种不同尺寸的喷嘴(具体取决于反应器的直径)足以克服在大多数丙烯腈反应器中具有不均匀进料的上述问题。在另一方面，如果反应器具有约2至约5米的外径，那么进料喷嘴具有约3至约4种不同尺寸。在另一方面，如果反应器具有超过约5至约12米的直径，那么进料喷嘴具有约5至约8种不同尺寸。因此，例如，使用具有三种不同尺寸的喷嘴通常对于具有大约8至12英尺(~2.4至~3.7米)的直径的“小型”丙烯腈反应器来说是足够的。另一方面，使用具有五或六种不同尺寸的喷嘴更适合具有大约26至32英尺(~7.9至~9.7米)或更大的直径的“大型”丙烯腈反应器。

一般而言，在商用丙烯腈反应器中进料喷嘴34的尺寸(横截面积)在15至80mm²、更常见地20至60mm²的范围内，具体取决于反应器的尺寸和进料喷嘴的密度，即，每平方米反应器横截面的进料喷嘴34的数目。这种相同的喷嘴尺寸设计也可结合本发明的该特征使用。换言之，在给定的丙烯腈反应器中所有进料喷嘴的平均喷嘴尺寸将对应于这些值。

就喷嘴尺寸的差异而言，在用于特定氨氧化反应器的成组喷嘴中最大喷嘴与最小喷嘴在横截面积上的比率可小至1.02且大至1.35。具有中等尺寸的进料喷嘴的尺寸可通过计算和/或常规实验而容易地确定。

就这一点而言，使用具有不同尺寸的进料喷嘴34的目的是为了实现在进料喷嘴之间尽可能接近均匀的进料混合物的质量流量。在给定的分布器系统内，穿过任何特定的进料喷嘴的进料混合物的质量流量主要基于其密度，密度又主要基于其温度。相应地，用于具有中等尺寸的特定喷嘴的特定尺寸可通过参照穿过该进料喷嘴的进料混合物的预计温度而容易地确定，该预计温度又可通过实际测量或通过适当的热传递计算而容易地确定。

利用该特征，穿过每个进料喷嘴的含氨进料混合物的质量流量变得在进料喷嘴之间更接近均匀。这又导致反应器内部在区域之间更接近均匀的操作，这使得生产率能够最大化。在这方面，通过任一个进料喷嘴的质量流量不超出任何其它喷嘴的质量流量约5%范围、在另一方面不超出约4%范围、在另一方面不超出约3%范围、在另一方面不超出约2%范围、在另一方面不超出约1%范围、在另一方面不超出约0.5%范围、在另一方面不超出约0.25%范围、以及在另一方面不超出约0.1%范围。

该特征还通过确保正确流量的气体始终流过分布器进料喷嘴来最小化在启动、停机和甚至正常操作期间催化剂对进料分布器的污染(催化剂倒流)。

具有不断减小的直径的支管

根据该新的分布器设计的又一个特征，支路分布器管道或“支管”32的直径从其近端到其远端(即，从其连接到集管30的端部到其远离集管30的相对端部)减小。

在常规的丙烯腈反应器中，支路分布器管道32的直径沿管道的整个长度是相同的。就该设计而言，通过管道的进料混合物的流量从其近端到其远端显著减小，因为进入近端的许多进料混合物已通过沿管道的长度定位的进料喷嘴34离开管道。结果，在这些管道内部的进料混合物的速度在管道远端处或附近太慢，以至于对可存在于那里的任何氨氧化催化剂不具有显著影响。

根据本发明的该特征，这个问题通过从其近端到其远端减小支路分布器管道或“支管”32的直径来避免。图9A、图9B、图10A、图10B和图10C示出了本发明的该特征。如在这些图中所示，支管32的直径从其近端37到其远端39逐步减小。

利用该特征，含氨进料混合物的速度可沿管道的整个长度保持足够高，以使可非故意地污染分布器系统16内部的任何氨氧化催化剂被吹扫到下一进料喷嘴34，在这里，催化剂将与流过该进料喷嘴的进料气一起排放。虽然用于去除催化剂的该机构也在较早的设计中使用，但在支管的远端处或附近的进料气的速度在这些设计中太慢，以至于不能将那里存在的任何催化剂吹扫到下一进料喷嘴。根据本发明的该特征，该问题通过将支管的直径从其近端到其远端减小来避免。结果是，在这些支管管道内部的进料气的速度保持足够高，以将可存在于那里的任何催化剂吹扫到下一可用的进料喷嘴，甚至在管道的远端处。使用不断减小的直径使得适当高的速度甚至在管道的远端处也是可能的，同时也避免在管道的近端处不可接受地高的速度和/或压降。

虽然图9A、图9B、图10A、图10B和图10C显示支管32具有不同直径的三个单独的部段，但应当理解，根据本发明可使用任何方便数目的不同直径。一般而言，不同直径的尺寸和数目被选择为在所有分布器管道(即，集管30和所有支管32)中保持约10至30、优选15至25米/秒的气体速度。

本文中所述各个方面可用于具有各种尺寸直径的反应器。在一个优选的方面，反应器可具有从约2至约12、在另一方面约5至约12米、在另一方面约8至约12米、并且在另一方面约9至约11米的外径。

支管端盖

在实现本发明的以上特征的可选的优选方式中，构造成具有不断减小的直径的支管管道32的远端39端接有被一个或多个进料喷嘴34穿透的端盖(参见图11)。如上所述，该直径不断减小的特征确保在其远端处或附近流过支管32的进料气的速度保持相对较高。通过用包括一个或多个进料喷嘴的端盖90端接具有较小远端39的支管32，可确保该速度保持足够高，以使得可存在于该远端处或附近的任何氨氧化催化剂保持移动，以便其最终通过进料喷嘴34吹出支管。图11A和图11B示出了圆形构型，一个图具有居中定位的进料喷嘴34，且另一个图具有降低的进料喷嘴34。图11C和图11D示出了平坦构型，一个图具有居中定位的进料喷嘴34，且另一个图具有降低的进料喷嘴34。降低的进料喷嘴构型使其中催化剂可变得被截留的死空间最小化，但可能制造成本更高。

多个进料分布器部段

根据该新分布器设计的又一个特征，进料分布器16被细分成多个进料分布器部段，每个部段具有其自己的入口端口以用于从反应器外部接收含氨进料。

在诸如图2中示出的典型商用氨氧化反应器中，使用单个进料分布器系统16，其中单个水平定向的集管30为系统的所有支管32供料。在这些系统的大多数中，如图2和图4中进一步所示地，分布器16的入口31在与集管30基本上相同的水平面中位于反应器10的侧壁中。

当这种分布器设计用于较大的丙烯腈反应器(即，具有大于约6米(~20英尺)的直径的反应器)中时，由含氨进料气在分布器中所经历的最短行进路径和最长行进路径之间的差值可变得很大，因为原料气进入集管30的仅一个端部且因此必须一直行进至另一端部以到达附连到那里的支管。结果，离开每个进料喷嘴34的进料混合物的温度、密度和因此质量流量可在进料喷嘴之间显著变化，具体取决于进料喷嘴在分布器系统中所处的位置。如上所述，在温度、密度和质量流量中的这种偏差可造成在反应器性能和氮化的均匀性两方面的相当大的问题。

为了解决该问题，已经提出将分布器入口31移至远高于集管30的位置并且利用合适的管路将分布器入口31接合到集管30的中心。想法是，因为进料气被输送至集管30的中心而不是仅其端部中的一个处，所以该进料气通过集管30到所有支管32且通过所有支管32的流动将比本来的情况更接近均匀。然而，该方法的问题是将分布器入口31连接到集管30的中心所需的附加管路随时间推移而变得被氮化，这由于上文中所指出的原因是非常不利的。

根据本发明的该特征，进料分布器16被分成多个进料分布器部段，其中每个分布器子部段设有其自己的分布器入口31以用于从反应器外部接收含氨进料。每个分布器部段还设有其自己的控制系统，以便可单独地控制每个分布器部段中的含氨进料混合物的流动。此外，每个分布器部段的分布器入口31位于由集管30限定的水平面处或附近。优选地，每个分布器部段的分布器入口31与该水平面竖直地间隔开不超过10英尺、更优选地不超过5英尺。

本发明的分布器设计的该特征在图12中示出，该图显示了相对于彼此以基本上并排的关系布置在反应器内部的四个分开且独立的进料分布器部段100、102、104和106。在此上下文中，“并排”应被理解为表示各个分布器部段在反应器内部布置在基本上相同的高度，而不是布置成一个在另一个顶部上。如图12中进一步所示地，分布器部段100、102、104和106中的每一个分别包括分布器入口110、112、114和116，所有分布器入口均连接到位于反应器10外部的公共进料集管管道(未示出)。此外，提供了连接到控制系统(未示出)的单独的控制阀120、122、124和126。

利用该特征，每个单独的分布器部段可被单独地控制以调整由该分布器部段进料的含氨进料混合物的量(质量流量)。这允许在整体上对反应器甚至更好的控制，因为反应器的每个区域可被单独地控制。这又使每个区域能够被“调整”以匹配其它区域，从而在整个反应器上实现最佳性能。

本文中所述的各个方面可用于具有各种尺寸直径的反应器。在一个优选的方面，反应器可具有从约2至约12、在另一方面约5至约12米、在另一方面约8至约12米、并且在另一方面约9至约11米的外径。

虽然上文仅描述了本发明的一些具体示例，但应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可进行许多修改。所有这样的修改旨在包括在仅由所附权利要求限制的本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种分布器，其有效用于从氨氧化反应器外部通过所述反应器的反应器壁且向所述反应器内部的氨氧化催化剂的流化床内供应含氨进料混合物，所述分布器包括：主集管管道；分布器入口，其与所述主集管管道流体连通；以及多个支路分布器管道，其与所述主集管管道流体连通，每个支路分布器管道限定进料喷嘴以用于将含氨进料混合物排入氨氧化催化剂的所述流化床中，其中，所述进料喷嘴具有至少两种不同的尺寸，其中较小的进料喷嘴位于更靠近所述入口处，并且较大的喷嘴位于更远离所述入口处，取决于所述含氨进料混合物从所述入口行进通过所述分布器到每个喷嘴的距离；并且，所述支路分布器管道的远端接有被进料喷嘴穿透的端盖；每个支路分布器管道具有与所述主集管管道流体连通的近端和远离所述主集管管道的远端，其中，所述支路分布器管道中的至少一些的直径从其近端到其远端减小，使得在所述支路分布器管道内的含氨进料混合物的速度沿支路分布器管道的整个长度被保持，从而促使污染所述分布器内部的任何氨氧化催化剂与所述含氨进料混合物一起被排放通过进料喷嘴。

2.根据权利要求1所述的分布器，其特征在于，反应器外径与不同尺寸进料喷嘴的种类数目的比率为0.5至2.5。

3.根据权利要求1所述的分布器，其特征在于，如果所述反应器具有2至5米的外径，那么所述进料喷嘴具有3至4种不同尺寸。

4.根据权利要求1所述的分布器，其特征在于，如果所述反应器具有超过5至12米的外径，那么所述进料喷嘴具有5至8种不同尺寸。

5.根据权利要求1、3或4所述的分布器，其特征在于，所述最大进料喷嘴与所述最小进料喷嘴就横截面积而言的比率为1.02至1.35。

6.一种用于将含氨进料混合物供应至氨氧化反应器的方法，所述方法包括：

通过分布器从氨氧化反应器外部通过所述反应器的反应器壁且向所述反应器内部的氨氧化催化剂的流化床供应含氨进料混合物，

其中，所述分布器包括：主集管管道；分布器入口，其与所述主集管管道流体连通；以及多个支路分布器管道，其与所述主集管管道流体连通，每个支路分布器管道限定进料喷嘴以用于将含氨进料混合物排入氨氧化催化剂的流化床中，其中，所述进料喷嘴具有至少两种不同的尺寸，其中较小的进料喷嘴位于更靠近所述入口处，并且较大的喷嘴位于更远离所述入口处，取决于所述含氨进料混合物从所述入口行进通过所述分布器到每个喷嘴的距离；并且，所述支路分布器管道的远端接有被进料喷嘴穿透的端盖；每个支路分布器管道具有与所述主集管管道流体连通的近端和远离所述主集管管道的远端，其中，所述支路分布器管道中的至少一些的直径从其近端到其远端减小，使得在所述支路分布器管道内的含氨进料混合物的速度沿支路分布器管道的整个长度被保持，从而促使污染所述分布器内部的任何氨氧化催化剂与所述含氨进料混合物一起被排放通过进料喷嘴。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，反应器外径与不同尺寸进料喷嘴的种类数目的比率为0.5至2.5。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果所述反应器具有2至5米的外径，那么所述进料喷嘴具有3至4种不同尺寸。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果所述反应器具有超过5至12米的外径，那么所述进料喷嘴具有5至8种不同尺寸。

10.根据权利要求6、7、8或9所述的方法，其特征在于，所述最大进料喷嘴与所述最小进料喷嘴就横截面积而言的比率为1.02至1.35。

11.根据权利要求6、7、8或9所述的方法，其特征在于，通过任何喷嘴的质量流量不超出任何其它喷嘴的质量流量的5%的范围。

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