CN1238104C - 用于流化床烃部分氧化反应器的分布器结构 - Google Patents

用于流化床烃部分氧化反应器的分布器结构 Download PDF

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Abstract

本发明针对一种分布器系统，用于向烃部分氧化工艺的流化床反应器中恰当地加入反应物流，所述烃部分氧化工艺被翻新改进为有选择性地回收并循环未反应的烃。该分布器系统仅使用两个分布器就提高了反应器生产率和选择性。而且，翻新改进现有分布装置所需的投资成本最小，同时能够获得所需的流化和催化剂氧化特性而不会在分布系统内部形成可燃性混合物。

Description

用于流化床烃部分氧化反应器的分布器结构
技术领域
本发明涉及一种分布器系统，用于向烃部分氧化工艺的流化床反应器中恰当地加入反应物流，所述烃部分氧化工艺被翻新改进为有选择性地回收并循环未反应的烃。该新型的分布器系统使翻新改进现有分布装置所需的投资成本最小，同时能够获得所需的流化和催化剂氧化特性而不会在分布系统内部形成可燃性混合物。
背景技术
部分氧化产物(如马来酸酐和丙烯腈)通常是在流化床反应器中用大气空气对烃(如丁烷、丁烯、丙烯或丙烷)进行氧化而制得的。这些方法的烃转化率通常较高(约为75-99％)，以使一次性产率达到最大。当产物被回收进入产物回收装置之后，反应器流出物中所含的未反应烃被焚化处理。
近年来已提出生产率和选择性较高的基于循环的方法，该方法中反应器以低得很多的反应物转化率操作，以便增强对所需产物的选择性，未反应的烃回收在选择性回收装置中并再循环回到反应器。在典型的循环工艺中，未反应烃被选择性地回收在压力变动吸附(PSA)装置中。在分离过程的吸附步骤中，烃被吸附在选择性吸附剂上，而流出物流中不需要的组分排出PSA装置进入废物流。在PSA装置的再生步骤中，通过降低压力同时用受控量的再生气体(如空气)吹扫，将烃解吸出来，回收到回收物流中。调节解吸压力和再生气体流量，可防止在循环物流中形成可燃性混合物。此外，可以调节这些操作参数，获得用来向反应器注入物料流的反应器分布装置中的所需线速度。
基于循环的工艺可用作对现有非循环工艺和新型基础工厂的改进。在反应器入口使用较高的烃和氧气浓度来提高反应器生产率。反应物浓度的增加可通过使用富氧空气或者用氧气代替一部分空气来实现。对于翻新改进的用途，再循环回收烃和使用富氧空气或氧气都要求对现有反应器分布装置加以改进。此外，富氧空气或氧气的存在要求对装置的结构材料进行高成本升级，因此会提高总体投资成本。除此之外，一些催化剂会对高氧气浓度更加敏感。
参见附图，图1示出一种用于非循环工艺的典型流化床反应器，用编号2表示。非循环反应器通常具有两个或多个反应物流和两个分布器。反应物空气12通常由底部分布器6喷入，汽化烃类物料10通过位于底部分布器6上方一定距离的第二分布器8引入。以这种方式引入反应物流使得能获得多种所需的特性。在反应器4底部保持“氧化区”，在该氧化区内来自反应器上部(还原区)14的被还原的催化剂被再次氧化而回复到其氧化态。经由底部分布器6引入空气12，循环的催化剂先与富氧物流接触。然后，以这种方式被氧化的催化剂向上流去，随后与经第二分布器8引入的烃10接触。通过与氧化气氛和还原气氛的接触，可以使催化剂寿命增长且使所需的部分氧化产物的选择性提高。
在反应器4底部要保持足够高的线速度来实现催化剂颗粒的充分流化。加入部分氧化流化床反应器4中的全部反应物中，大部分是空气进料12。因此，将空气经由底部分布器6引入也就完成了在反应器4底部保持恰当高的流化速度的任务。
参见附图，图2示出典型的基于循环的翻新改进工艺，总体上用标号20表示。基于循环的反应器通常还有两个另外的反应物流，由此要有至少一个另外的分布器22用来向反应器4中引入这些物流。因此，现有的分布装置就必须进行改进，使其能送入三个至四个单独的物流，这些物流包括新鲜原料烃10、新鲜原料空气12、新鲜原料氧气26和再循环烃24，而图1所示的一次性非循环工艺中只有两个物流(新鲜原料烃10和新鲜原料空气12)。典型的基于循环的翻新改进工艺使用了三个单独的分布器，一个分布器8用于新鲜原料烃10、第二个分布器22用于循环烃24，第三个分布器6用于空气和氧气的混合气流28。空气和氧气的混合气流28经由位于反应器4底部的分布器6引入，而新鲜原料烃和循环烃物流各自经由位于底部分布器6上面的分布器8和22引入。以这种方式引入物流能避免形成可燃性混合物，并保持反应器4中的氧化和流化特征。
然而，现有的基于循环的翻新改进方法有一些缺点。首先，与一次性非循环工艺相比需要至少一个另外的分布器。其次，由于引入纯氧，因此底部分布器必须由比工业设备常用的碳钢昂贵得多的材料制得。最后，向反应器中直接引入纯氧会对催化剂寿命潜在地产生负面影响。这些缺点最终会使得翻新改进反应器所花费的投资成本较高，需用另外的分布器，为了引入氧气要求使用昂贵的结构材料，增加催化剂用量，且催化剂寿命缩短。
发明内容
本发明针对一种分布器系统，用于向烃部分氧化工艺的流化床反应器中恰当地加入反应物流，所述烃部分氧化工艺被翻新改进为有选择性地回收并循环未反应的烃。该分布器系统仅使用了两个分布器就提高了反应器的生产率和选择性。此外，翻新改进现有分布装置所需的投资成本最小，同时能获得所需的流化和催化剂氧化特征，而不会在分布系统中形成可燃性混合物。
用于基于循环的反应器的分布器系统具有位于反应器底部的第一分布器，用来向反应器中加入氧气和空气的混合物。第二分布器位于第一分布器上方，向反应器中加入氧气、循环烃和新鲜原料烃的混合物。对经由这两个分布器的氧气分布加以控制，以使得能够使用低成本材料作为底部分布器，同时将由第二分布器加入的混合物保持在可燃性极限之外并且不使催化剂处于高氧气浓度中。
本发明提供了一种部分氧化烃原料的连续方法，该方法包括以下步骤：
(a)向位于反应器底部的第一分布器中加入氧气和空气的混合物；
(b)向所述反应器内位于所述第一分布器上方的第二分布器中加入氧和新鲜原料烃的混合物；
(c)使从所述反应器中出来的未反应烃进行循环，使所述未反应烃通过所述第二分布器送回到所述反应器中，
在所述包含氧气和空气的混合物中，氧气的浓度为35体积％或更小，在包含包含氧和新鲜原料烃的混合物中，氧气的浓度低于爆炸上限。
附图说明
图1示出典型的已有技术一次性反应器结构；
图2示出典型的已有技术基于循环的反应器结构；
图3示出本发明优选的基于循环的反应器结构的一个实施方案。
具体实施方式
参见附图，图3示出本发明的一个优选实施方案，总体上用标号32表示。基于循环的流化床反应器的结构是使得通过位于反应器4底部的分布器6注入一部分新鲜原料氧气26和所有新鲜原料空气12。将混合物中的氧气浓度保持在一定的临界含量(例如35体积％)以下，就可以无需改变而使用现有的分布器材料(一般为低成本碳钢)。另外，通过位于底部分布器6上方的第二分布器8注入新鲜原料烃10、循环烃24和余下的新鲜原料氧30。下表1总结了本实施方案的较佳操作范围。
                   表1  操作范围一览
参数 范围     优选范围
反应器线速度                 1.5-2.5ft/sec
氧气富集 使得所提供的新鲜原料氧占通过混合新鲜原料氧和空气流而提供氧气的55-85％。进行调节使得空气中的O2浓度+O2气流＜35体积％，烃+循环气体+O2流的组成在UEL之上。
PSA再生空气流量 占向PSA装置的摩尔进料流量的0-100％ 占向PSA装置的摩尔进料流量的20-60％
再生气体流量较低使得经过底部分布器的气流增加
部分新鲜原料O2与新鲜原料空气混合 20-90％。进行调节使空气中的O2浓度+O2气流＜35体积％，烃+循环气体+O2流的组成在UEL之上。
根据基于循环的工艺的总体物料平衡来确定各反应器入口气流(新鲜原料空气12、新鲜原料氧气26、新鲜原料烃10和循环烃24)的流量。总体过程物料平衡受到诸如以下参数的影响：氧气富集程度、反应器性能和用作PSA装置中再生气体的空气量。具体而言，氧气富集程度和再生气体量可方便地加以调节，以得到所需的流化和催化剂氧化特性而不会在分布系统中形成可燃性混合物。
对于本发明的烃部分氧化过程，通过气流26提供的新鲜原料氧构成通过新鲜原料氧和气流混合物所提供氧的55-85％。PSA装置可进行操作，以使得再生气流的摩尔流量为PSA装置进料的摩尔流量的0-100％，较好是再生气流的摩尔流量为PSA装置进料的摩尔流量的20-60％。再生气流流量较低，会使经过底部分布器6的气流增加，原因是需要相应较高用量的新鲜空气。
对于给定的物料平衡，反应器的大小优选是使得反应器空塔速度在0.45-0.75米/秒(1.5-2.5ft/sec)之间。对于给定的总体物料平衡，与空气流12混合的新鲜原料氧26的百分率为20-90％。与空气流12混合的氧气26的百分率优选是能够获得所需流化和催化剂特性而不会在分布系统内部形成可燃性混合物的最大百分率。在不能同时获得这些目标的情况下，氧富集程度要降低，这时使用一个新的氧气分流器(oxygen split)以获得所需特性。较好是氧气26和空气12的混合物以大约0.25∶1.0至1.25∶1.0之间的体积比存在。更好是，该混合物以大约0.4∶1.0至0.65∶1.0之间的体积比存在。
优选是以总反应器空塔速度的大约25％至50％之间的流量向反应器4的分布器6中加入新鲜原料空气12和氧气26的混合物。更好是，以总反应器空塔速度的大约30％至40％之间的流量向分布器6中加入所述混合物。尽管新鲜原料空气12和氧气流26的流量会低于非循环情况的可比较流量，但反应器4底部的线速度足以保持所需的流化特性。
也可以调节用于回收烃的PSA装置的操作，以增加经由底部分布器6直接注入的新鲜原料空气用量，同时降低通过PSA吹扫气体引入的空气量。从底部分布器6注入的富氧气流28，使得在反应器4底部建立所需的“氧化区”。另外，将余下部分的新鲜原料氧30、全部循环烃24和全部新鲜原料烃10混合，通过位于底部分布器6上方距离优选约为0.03米至3米(0.1英尺(ft.)至10英尺)的第二分布器8加入。对转向到该气流中的新鲜原料氧气部分30加以控制，以保持混合物的组成足以在爆炸上限(UEL)之上。
较好是，氧气30、循环烃24和新鲜原料烃10的混合物以大约在1.0∶45.0∶5.0至1.0∶2.5∶0.5之间的体积比存在。更好是该混合物以大约在1.0∶8.5∶1.0至1.0∶4.0∶0.5之间的体积比存在。该混合物较好是以总反应器空塔速度的约50-75％的流量加入分布器8，更好是以总反应器空塔速度的约55-70％的流量加入分布器8。
在循环工艺中以这种方式引入原料物流，只需要两个分布器。此外，对现有非循环系统翻新改进时可以使用相同的低成本结构材料，如碳钢或低合金钢。用该方法还能保持现有非循环工艺中的所需流化和氧化特性。
尽管本发明参照具体的实施方案加以说明，但显然可以在不偏离本文所揭示的发明内容的基础上作出许多改变、改动和变化。因此，本发明意在包括落在权利要求书的精神和范围内所有改变、改动和变化。本文所引用的所有专利申请、专利和其它出版物均全部参考结合于此。

Claims (8)

1.一种用于基于循环的流化床烃部分氧化反应器的分布器系统，该系统包括：
(a)第一分布器，用于向所述反应器中加入氧气和空气的混合物，它与氧气导管(26)和空气导管(12)连接；
(b)第二分布器，用于向所述反应器中加入氧气、循环烃和新鲜原料烃的混合物，它与氧气导管(30)、循环烃导管(10)和新鲜原料烃导管(24)连接，
所述第一分布器位于所述反应器的底部，
所述第二分布器位于所述第一分布器上方。
2.如权利要求1所述的分布器系统，其特征在于所述第一分布器由选自碳钢和低合金钢的材料构成。
3.一种向基于循环的反应器加入反应物流的方法，该方法包括以下步骤：
(a)提供位于所述反应器底部的第一分布器；
(b)向所述第一分布器中加入氧气和空气的混合物；
(c)提供位于所述第一分布器上方的第二分布器；
(d)向所述第二分布器加入氧、循环烃和新鲜原料烃的混合物，
在所述包含氧气和空气的混合物中，氧气的浓度为35体积％或更小，在包含氧、循环烃和新鲜原料烃的混合物中，氧气的浓度低于爆炸上限。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述氧气和空气的混合物中氧气和空气的体积比0.25∶1.0至1.25∶1.0。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于通过所述第一分布器加入的所述混合物是以占总反应器空塔速度25-50％的流量加入所述反应器的。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述氧气、循环烃和新鲜原料烃的混合物中氧气、循环烃和新鲜原料烃的体积比1.0∶45.0∶5.0至1.0∶2.5∶0.5。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于通过所述第二分布器加入的所述混合物是以占总反应器空塔速度50-75％的流量加入所述反应器的。
8.一种部分氧化烃原料的连续方法，该方法包括以下步骤：
(a)向位于反应器底部的第一分布器中加入氧气和空气的混合物；
(b)向所述反应器内位于所述第一分布器上方的第二分布器中加入氧和新鲜原料烃的混合物；
(c)使从所述反应器中出来的未反应烃进行循环，使所述未反应烃通过所述第二分布器送回到所述反应器中，
在所述包含氧气和空气的混合物中，氧气的浓度为35体积％或更小，在包含包含氧和新鲜原料烃的混合物中，氧气的浓度低于爆炸上限。
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