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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verteilereinrichtungen
und insbesondere eine Verteilereinrichtung und ein Verfahren zum
Zugeben von reinem Sauerstoff oder relativ hohen Sauerstoffkonzentrationen
direkt in einen Wirbelbettreaktor.
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Hintergrund
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Merkliche
wirtschaftliche Vorteile können
erzielt werden, indem man an Stelle von Luft reinen Sauerstoff verwendet,
um durch eine Propanammoxidation Acrylnitril zu bilden. Das Ammoxidationsverfahren
besteht typischerweise darin, Propan, Ammoniak und Luft in einem
Wirbelbettammoxidationsreaktor umzusetzen, der einen geeigneten
Ammoxidationskatalysator enthält,
um Acrylnitril zu erzeugen. Ebenfalls erzeugt werden hohe Konzentrationen
von nicht-umgesetzten Ausgangsstoffen, zum Beispiel nicht-umgesetzte
Kohlenwasserstoffe und andere verbleibende entflammbare Reaktionsteilnehmer. Diese
nichtumgesetzten Stoffe werden typischerweise im Kreislauf geführt, das
heißt
in einen zum Wirbelbettreaktor zurückführenden Kreislaufstrom zugemischt.
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Die
Zufuhr einer Sauerstoff oder hohe Sauerstoffkonzentrationen umfassenden
Sauerstoff-Einspeisung in den Wirbelbettreaktor stellt wegen der Sensibilität des Arbeitens
mit Reinsauerstoff- oder sauerstoffreichen
Strömen
eine Herausforderung dar. Indem man an Stelle einer Luft-Einspeisung
eine Sauerstoff-Einspeisung
verwendet, werden Entflammbarkeits-Hüllkurven verbreitert und Oxidationsreaktionen
beschleunigt.
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Typischerweise
werden eine oder mehrere Verteilereinrichtungen in den Wirbelbettreaktorbehälter eingebaut,
um die Reaktionsteilnehmer des Ammoxidationsverfahrens ins Innere
desselben abzugeben und sie darin umzuwälzen. Während eines Propanammoxidationsverfahrens
können
die Temperaturen innerhalb des Reaktorbehälters von etwa 400 bis 500°C variieren,
und dementsprechend wird die Temperatur von innerhalb des Reaktorbehälters angeordneten
Verteilereinrichtungen ebenso wie diejenige der von der Verteilereinrichtung
transportierten Reaktionsteilnehmer gleichfalls variieren. Da die Temperatur
einer konventionellen Verteilereinrichtung mit steigender Reaktortemperatur
ansteigt, würde
die Entflammbarkeit eines brennbaren Materials in Anwesenheit einer
durch sie hindurch abgegebenen Sauerstoff-Einspeisung zunehmen.
Folglich könnten
Verteilereinrichtungen wegen ihrer größeren Wahrscheinlichkeit zum
Entzünden
innerhalb der erweiterten Sauerstoffentflammbarkeitsgrenzen einen unerwünschten
Abbrand zeigen. Zum Beispiel können
Verteilereinrichtungen, die aus gewöhnlichen Metallen, wie Kohlenstoffstählen oder
sogar nichtrostenden Stählen,
hergestellt sind, sich entzünden
und innerhalb eines Wirbelbettreaktors zur Propanammoxidation lokal
abbrennen, wenn sie benutzt werden, um reinen Sauerstoff oder relativ
hohe Sauerstoffkonzentrationen zu injizieren.
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Die
DE 2335514 lehrt eine Luftverteilereinrichtung
für einen
Wirbelbettreaktor, scheint jedoch auf die Position der Verteilereinrichtung
und die Richtung der Düsen
gerichtet zu sein. Die
EP 0599460 lehrt
eine isolierte Ammoniakverteilereinrichtung für einen Acrylnitrilreaktor.
Obwohl die Verteilereinrichtung isoliert ist, ist dies bei den Düsen oder
den die Düsen
verlängerten
Schutzhüllen
nicht der Fall. Der Zweck der Isolierung besteht darin, eine Nitrierungsreaktion
innerhalb der Verteilereinrichtung auszuschließen, die das Verteilereinrichtungsmetall
spröde und
gegen eine mechanische Störung
anfällig
macht. Schließlich
lehrt die EP07612999 eine Verteilereinrichtung zum Vormischen von
Sauerstoff mit einem Reaktionsteilnehmerstrom außerhalb eines Wirbelbettreaktors,
wobei der kombinierte Sauerstoff- und Reaktionsteilnehmerstrom anschließend dem
Reaktor zugeführt
wird. Die Stoßrichtung
dieses Patents ist das Vormischen von Sauerstoff und des Reaktionsteilnehmerstroms
ohne Verbrennung.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Verteilereinrichtung und ein Verfahren
zum Injizieren einer Sauerstoff-Einspeisung in einen Wirbelbettreaktor bereit.
Die Verteilereinrichtung und das Verfahren finden besondere Anwendung
zum Injizieren einer Sauerstoff-Einspeisung in einen katalytischen
Wirbelbettreaktor zur Ammoxidation einer Propan-Einspeisung und
einer Ammoniak-Einspeisung.
Die Sauerstoff-Einspeisung kann mit Sauerstoff angereicherte Luft
(mehr als 21 % Sauerstoff), reiner Sauerstoff (100 % Sauerstoff)
oder eine hohe Sauerstoffkonzentration (mehr als 50 % Sauerstoff)
sein. Andere typische Verfahren, bei denen Prinzipien der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können,
sind das katalytische Kracken von Ölen, um Benzin und andere leichte
Kohlenwasserstoffe zu erzeugen, das Verkoken von Rückständen, die
Koksvergasung, die Oxidation von Benzol oder n-Butan oder Maleinsäureanhydrid,
die Ammoxidation von Propylen zu Acrylnitril und die Oxidation von
Chlorwasserstoff zu Chlor.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung sind die Verteilereinrichtung und das Verfahren
durch eine Einspeisungsleitung zum Leiten der Sauerstoff-Einspeisung
und eine mit der Einspeisungsleitung verbundene Düse für den Hindurchtritt
der Sauerstoff-Einspeisung
aus der Einspeisungsleitung nach außen aus der Verteilereinrichtung
gekennzeichnet. Die Düse
schließt
eine Öffnung
und eine Abschirmung ein, und eine Isolierung umgibt die Leitung
und umgibt auch die Abschirmung im Wesentlichen über die gesamte Länge der
Abschirmung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform umgibt ein Leitungsmantel
die Leitung, und ein Abschirmungsmantel umgibt die Abschirmung,
und eine Isolierung ist zwischen die Leitung und den Leitungsmantel
und zwischen die Abschirmung und den Abschirmungsmantel eingefügt. Ebenfalls
bei einer bevorzugten Ausführungsform
endet der Abschirmungsmantel an einer Wangenplatte, die ein äußeres Ende
eines Ringraums zwischen der Abschirmung und dem Abschirmungsmantel
mindestens teilweise verschließt,
welche Wangenplatte die Abschirmung eng umgibt, jedoch radial um
ein ausreichendes Maß im
Abstand von der Abschirmung angeordnet ist, um eine unterschiedliche
Ausdehnung zu ermöglichen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Wirbelbettreaktor einen
Reaktorbehälter zur
Aufnahme eines Wirbelbetts und eine innerhalb des Reaktorbehälters angeordnete
Verteilereinrichtung zur Abgabe einer Sauerstoff-Einspeisung in
das Wirbelbett. Die Verteilereinrichtung schließt mindestens eine Düse ein,
um einen Strom der Sauerstoff-Einspeisung in das Wirbelbett zu lenken.
Die Düse
ist mindestens teilweise wärmeisoliert,
um eine Wärmeübertragung
aus dem Inneren des Reaktors zum Inneren der Düse zu verhindern, um bei einer Wirbelbetttemperatur
von mehr als etwa 400°C
die Temperatur der Sauerstoff-Einspeisung unterhalb von einer Temperatur
zu halten, bei der sich die Werkstoffe der Düse (oder jegliche brennbaren Fremdstoffe
darin) entzünden
würden.
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Gemäß noch einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Zuführen einer
Sauerstoff-Einspeisung in ein bei einer Temperatur von etwa 400°C oder mehr
gehaltenes Wirbelbett bereitgestellt, wobei das Verfahren die Verwendung
einer innerhalb des Wirbelbetts angeordneten Verteilereinrichtung
zum Zuführen
der Sauerstoff-Einspeisung in das Wirbelbett durch mindestens eine
Verteilereinrichtungsdüse
umfasst.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung von
Acrylnitril durch Propanammoxidation bereitgestellt, umfassend die
Schritte: Zuführen
von Propan und Ammoniak in einen Wirbelbettreaktor, Zuführen einer
Sauerstoff-Einspeisung
in den Wirbelbettreaktor durch eine Verteilereinrichtung, um das
Propan, den Ammoniak und die Sauerstoff-Einspeisung in Anwesenheit
eines Wirbelbettkatalysators umzusetzen, um das entsprechende Acrylnitril
zu erzeugen, und Halten der Temperatur der Sauerstoff-Einspeisung,
während
sie sich innerhalb der Verteilereinrichtung befindet, unterhalb
von der Temperatur, bei der sich die Werkstoffe der Verteilereinrichtung
(oder jegliche brennbaren Fremdstoffe darin) entzünden würden.
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Die
vorangehenden und andere Merkmale der Erfindung sind nachfolgend
vollständig
beschrieben und in den Ansprüchen
besonders aufgezeigt, wobei die nachfolgende Beschreibung und die
beigefügten
Zeichnungen eine oder mehrere beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung
ausführlich
angeben, wobei diese jedoch nur für einen oder einige der verschiedenen
Wege bezeichnend sind, auf denen die Prinzipien der Erfindung genutzt
werden können.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine vereinfachte schematische Querschnittsdarstellung eines Wirbelbettreaktors, der
eine erfindungsgemäß aufgebaute
Verteilereinrichtung enthält.
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2 ist
eine Querschnittsansicht des Wirbelbettreaktors bei Betrachtung
von der Ebene 2-2 in 1 aus.
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3 ist
eine Querschnittsansicht eines Sammelrohrs der Verteilereinrichtung
bei Betrachtung von der Ebene 3-3 in 2 aus.
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4 ist
eine Teilquerschnittsansicht eines Endes des Sammelrohrs, bei Betrachtung
von der Ebene 4-4 in 2 aus.
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines seitlichen Rohrs der Verteilereinrichtung,
bei Betrachtung von der Ebene 5-5 in 2 aus.
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6 ist
eine Teilquerschnittsansicht eines Teils der Verteilereinrichtung,
wo sich das Sammelrohr und das seitliche Rohr kreuzen, bei Betrachtung von
der Ebene 6-6 in 2 aus.
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7 ist
eine Teilquerschnittsansicht eines Teils der Verteilereinrichtung,
wo sich das Sammelrohr, ein seitliches Rohr und eine Düse kreuzen,
bei Betrachtung von der Ebene 7-7 in 2 aus.
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8 ist
eine Querschnittsansicht eines Teils der Verteilereinrichtung, wo
sich das Sammelrohr, ein seitliches Rohr, eine Düse und die Einspeisungsleitung
kreuzen, bei Betrachtung von der Ebene 8-8 in 2 aus.
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9 ist
eine Teilquerschnittsansicht eines Endes eines seitlichen Rohrs
der Verteilereinrichtung, bei Betrachtung von der Ebene 9-9 in 2 aus.
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10 ist
eine Querschnittsansicht einer Düse,
die sich aus einem seitlichen Rohr der Verteilereinrichtung erstreckt,
bei Betrachtung von der Ebene 10-10 in 2 aus.
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11 ist
eine Querschnittsansicht einer Einspeisungsleitung für die Verteilereinrichtung.
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12 ist
eine Querschnittsansicht der Einspeisungsleitung, bei Betrachtung
von der Ebene 12-12 in 11 aus.
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Ausführliche
Beschreibung
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Nunmehr
im Einzelnen Bezug nehmend auf die Zeichnungen und anfänglich auf 1,
ist ein Wirbelbettreaktor allgemein mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet.
Der Wirbelbettreaktor 8 schließt einen Reaktions- oder Reaktorbehälter 12 ein,
in dem ein Gas-Feststoff- oder Flüssigkeits-Feststoff-Berührungs-Prozess stattfindet.
Im Reaktor wird ein Bett von fein verteilten Feststoffpartikeln
(z.B. ein Wirbelbettkatalysator) unter Verwendung eines Stroms von Prozessgas
oder -flüssigkeit
angehoben und auseinandergehalten. Wirbelbettreaktoren gibt es in
allen Formen und Größen. Typischerweise
sind die Reaktoren in der Nähe
des Bodens des Reaktors mit einem Gitter ausgestattet, das ein Katalysatorbett trägt, während es
einen Hindurchtritt von Prozess-Einspeisung gestattet. Der Rest
dieser Beschreibung konzentriert sich auf die Durchführung der
vorliegenden Erfindung bei Gas-Feststoff-Berührungs-Prozessen und insbesondere
einem Ammoxidationsverfahren, das typischerweise darin besteht, Propan,
Ammoniak und eine Sauerstoffquelle in dem Reaktor umzusetzen, der
einen geeigneten Ammoxidationskatalysator enthält, um Acrylnitril zu erzeugen.
Jedoch sind die hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren ebenso
bei anderen Prozessen einsetzbar, einschließlich Flüssigkeits-Feststoff-Berührungs-Prozesse.
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Unter
zusätzlicher
Bezugnahme auf 2, weist der Reaktorbehälter 12 darin
angeordnet eine gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruierte beispielhafte Verteilereinrichtung 10 zur
Abgabe einer Sauerstoff-Einspeisung auf. Die Verteilereinrichtung 10 schließt allgemein
ein Sammelrohr 14, ein oder mehrere seitliche Rohre 16 und
eine oder mehrere Düsen 18 ein,
die sämtlich
wärmeisoliert
sind und vorzugsweise aus Metallen hergestellt werden, die eine
hohe Abbrandbeständigkeit
in Sauerstoff aufweisen. Die seitlichen Rohre 16 erstrecken
sich vom Sammelrohr 14 aus quer nach außen. Das heißt, die seitlichen
Rohre 16 erstrecken sich in einer senkrechten, oder T-förmigen,
Beziehung zum Sammelrohr 14. Die Düsen sind zur gleichförmigen Verteilung der
Sauerstoff-Einspeisung über
den Querschnitt des Behälters
hinweg vorzugsweise entlang der Längen des Sammelrohrs und der
seitlichen Rohre in einem dreieckartigen Muster (oder Teilung) angeordnet,
obwohl andere Düsen-
und/oder Rohrkonfigurationen verwendet werden können.
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Während des
Acrylnitrilherstellungsverfahrens wird eine Sauerstoff-Einspeisung
zur Verteilung durch die Düsen 18 in
einen im Reaktorbehälter 12 enthaltenen
Wirbelbettkatalysator 20 durch das Sammelrohr 14 in
die seitlichen Rohre 16 zugeführt. So, wie hier verwendet,
ist eine Sauerstoff-Einspeisung eine
Einspeisung mit einer Sauerstoffkonzentration, die höher ist
als die normale prozentuale Konzentration von Sauerstoff in Luft,
wie mit Sauerstoff angereicherte Luft (mehr als 21 % Sauerstoff),
reiner Sauerstoff (100 % Sauerstoff) oder eine hohe Sauerstoffkonzentration
(mehr als 50 % Sauerstoff). Die Sauerstoff-Einspeisung wird mit
einer Propan- und einer Ammoniak-Einspeisung gemischt, die durch
eine beliebige geeignete Einrichtung (nicht dargestellt) zugeführt werden.
Zum Beispiel kann die Ammoniak-Einspeisung durch eine ähnliche
Verteilereinrichtung oberhalb von der, unterhalb von der oder in
derselben Höhe
wie die Sauerstoffverteilereinrichtung abgegeben werden, und die
Propan-Einspeisung kann durch einen Einlass am oberen Ende des Behälters 12 zugeführt werden.
Die Propan-, Ammoniak- und Sauerstoff-Einspeisung reagieren zusammen
und erzeugen Acrylnitril.
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Die
nachfolgend beschriebene Konstruktion der Verteilereinrichtung 10 hält die Temperatur
der durch die Verteilereinrichtung 10 strömenden Sauerstoff-Einspeisung
auf einer Temperatur, unterhalb von der sich das Metall der Rohre 14 und 16 und
insbesondere der Düsen 18 entzünden würde. Diese und
andere Vorteile, sowie die Struktur, Funktion und andere Merkmale
der Erfindung werden unten ausführlicher
beschrieben.
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Wie
in 3 dargestellt, ist das Sammelrohr 14 von
einem Leitungsmantel 24 umgeben, der durch Abstandhalter 26 im Abstand
vom Sammelrohr 14 gehalten wird. Die Abstandhalter 26,
die drei in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnete Bolzen oder
Rippen mit gerundeten Enden sein können, halten das Sammelrohr 14 im
Leitungsmantel 24 zentriert und somit konzentrisch zu diesem.
Die Abstandhalter 26 sind entlang der Länge des Sammelrohrs angeordnet,
zum Beispiel an Stellen in der Mitte zwischen den Verbindungen des
Sammelrohrs 14 mit den seitlichen Rohren 16. Wie
in 4 dargestellt, ist das Sammelrohr 14 an
seinen Enden 28 verschlossen, vorzugsweise durch darin
eingeführte
und damit verschweißte
Endstopfen 30. Der Leitungsmantel 24 ist ebenfalls
an seinen Enden 32 verschlossen, vorzugsweise durch damit
verschweißte
Plattenscheiben 34. Der Ringraum zwischen dem Sammelrohr 14 und
dem Leitungsmantel 24 ist mit Wärmeisolierung gefüllt, um
die äußere Oberfläche 36 des
Sammelrohrs 14 zu bedecken. Eine bevorzugte Isolierung
ist Keramikpapierisolierung.
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Wie
die Konfiguration des Sammelrohrs 14 sind die seitlichen
Rohre 16 von jeweiligen Leitungsmänteln 40 umgeben,
die durch Abstandhalter 42 im Abstand von den seitlichen
Rohren 16 gehalten werden, wie man in 5 sieht.
Die Abstandhalter 42, die drei in Umfangsrichtung in gleichen
Abständen angeordnete
Bolzen oder Rippen mit gerundeten Enden sein können, halten die seitlichen
Rohre 16 zentriert und somit konzentrisch zu den jeweiligen
Leitungsmänteln 40.
Die Abstandhalter 42 sind entlang der Länge von jedem seitlichen Rohr
angeordnet, zum Beispiel an Stellen ungefähr in der Mitte zwischen den
Verbindungen des seitlichen Rohrs und der Düsen 18.
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Wie
in den 6–9 dargestellt,
sind die seitlichen Rohre 16 und die seitlichen Leitungsmäntel 40,
vorzugsweise durch Schweißen,
dichtend mit dem Sammelrohr 14 bzw. dem Sammelleitungsmantel 24 verbunden.
Die seitlichen Rohre 16 und Leitungsmäntel 40 sind ähnlich wie
das Sammelrohr 14 und der Leitungsmantel 24 an
ihren distalen Enden 44 und 45 durch Endstopfen 46 bzw.
Plattenscheiben 48 verschlossen. Der Ringraum zwischen
den seitlichen Rohren 16 und Leitungsmänteln 40 ist mit Wärmeisolierung
gefüllt,
um die äußere Oberfläche 50 der
seitlichen Rohre 16 zu bedecken. Wieder ist eine bevorzugte
Isolierung eine Keramikpapierisolierung.
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Wie
man in den 7, 8 und 10 sieht,
enthält
jede Düse 18 eine Öffnung 52.
Die Öffnungen
der Düsen
sind vorzugsweise konfiguriert, um für eine gleichmäßige Verteilung
der Sauerstoff-Einspeisung quer über
den Wirbelbettreaktor 12 hinweg zu sorgen. Wie oben angemerkt,
sind die Düsen,
und somit die Öffnungen,
in einem dreieckigen Muster (2) angeordnet.
Das heißt,
die Öffnungen befinden
sich in gleichen Abständen
voneinander und bilden ein sich wiederholendes Muster über die Verteilereinrichtung 10 hinweg.
Zum Beispiel bilden beliebige drei benachbarte Öffnungen 52 ein gleichseitiges
Dreieck mit derselben Größe wie ein
benachbartes gleichseitiges Dreieck, das von drei anderen benachbarten Öffnungen 52 gebildet
wird. Die Öffnungen 52 sind
bemessen, um für
einen gewünschten
Druckabfall und eine gewünschte
Strömungsgeschwindigkeit
zu sorgen, welche die Wahrscheinlichkeit eines Zurückströmens von
jeglichen Reaktionsteilnehmergasen in das Sammelrohr 14 oder
die seitlichen Rohre 16 verhindert oder wesentlich vermindert.
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Jede
Düse 18 schließt eine
schützende
Abschirmung 54 ein, um die Sauerstoff-Einspeisung in den
im Reaktorbehälter 12 (1)
enthaltenen Wirbelbettkatalysator 20 zu lenken. Bei der
dargestellten Ausführungsform
erstreckt sich jede schützende
Abschirmung 54 aus dem Sammelrohr 14 (7 und 8)
oder den seitlichen Rohren 16 (10) nach unten
und ist, vorzugsweise durch Schweißen, dichtend damit verbunden.
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Erfindungsgemäß umgeben
Abschirmungsmäntel 56 die
Abschirmungen. Die Abschirmungsmäntel
sind im Abstand von den jeweiligen Abschirmungen 54 angeordnet
und sind, vorzugsweise durch Schweißen, mit den entsprechenden
Leitungsmänteln 24, 40 des
Sammelrohrs 14 oder des seitlichen Rohrs 16 verbunden.
Der Ringraum zwischen den Abschirmungen 54 und den Abschirmungsmänteln 56 ist
mit Wärmeisolierung
gefüllt, vorzugsweise einer
Keramikpapierisolierung, um die äußere Oberfläche 58 der
Abschirmungen 54 zu bedecken.
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Die
Enden der Abschirmungsmäntel 56 sind im
Wesentlichen durch Wangenplatten 60 verschlossen. Die Wangenplatten 60 sind
mit den jeweiligen unteren Enden 66 der Abschirmungsmäntel 56 verbunden
und besitzen eine Mittenöffnung 62,
oder Ausnehmung, durch welche sich die schützenden Abschirmungen 54 erstrecken.
Die Öffnungen 62 sind
größer bemessen
als die Durchmesser der Abschirmungen 54, um es zu ermöglichen,
dass sich die Wangenplatten 60 und Abschirmungen 54 in
Bezug zueinander ausdehnen und/oder zusammenziehen. Die Wangenplatten 60 halten
die Wärmeisolierung
innerhalb des Ringraums zwischen den Abschirmungen 54 und
den Abschirmungsmänteln 56 zurück und schützen sie.
Bevorzugt erstrecken sich die Abschirmungen, wie dargestellt, nur
um eine kurze Distanz über
die jeweiligen Wangenplatten hinaus.
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Nunmehr
Bezug nehmend auf 11, ist eine Sauerstoff-Einspeisungsleitung
allgemein mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet. Die Einspeisungsleitung 70 ist
am Sammelrohr 14 mit der Verteilereinrichtung 10 verbunden
und steht dort mit dieser in Fluidverbindung. Bei der dargestellten
Ausführungsform
schließt
die Einspeisungsleitung 70 allgemein Rohrkupplungen 72 bzw. 74 ein,
die entgegengesetzte Enden 90 und 92 eines Rohrbogens 76 mit einer
Sauerstoff-Einspeisungsquellenleitung 94 und einer Übergangsleitung 104 verbinden.
Jedoch können
andere Mittel, wie Schweißen,
verwendet werden, um den Rohrbogen mit den Leitungen 94 und 104 zu
verbinden. Wie das Sammelrohr 14, die seitlichen Rohre 16 und
die Düsen 18 ist
der Rohrbogen 76 von einem Mantel 78 umgeben,
der im Abstand vom Rohrbogen 76 gehalten wird. Abstandhalter 70 (12)
erhalten den Ringraum zwischen dem Rohrbogen 76 und dem
Leitungsmantel 78 aufrecht. Der Ringraum ist mit Wärmeisolierung
gefüllt,
vorzugsweise einer Keramikpapierisolierung, um die äußere Oberfläche 82 des
Rohrbogens 76 zu bedecken. Wangenplatten 84 sind
mit den jeweiligen Enden 86 des Leitungsmantels 78 verbunden.
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Die
Sauerstoff-Einspeisungsquellenleitung 94 erstreckt sich
durch eine Öffnung 96 in
einer Seitenwand 98 des Reaktorbehälters 12. Eine mit
der Reaktorbehälterwand 98 verbundene
Durchtrittskupplung 100 umgibt zum Schutz die Sauerstoff-Einspeisungsquellenleitung 94.
Die Übergangsleitung 104 ist,
vorzugsweise durch Schweißen,
dichtend mit dem Sammelrohr 14 verbunden. Die Übergangsleitung 104 ist
in und im Abstand von einem Leitungsmantel 106 angeordnet,
der, vorzugsweise durch Schweißen,
mit dem das Sammelrohr 14 umgebenden Leitungsmantel 24 verbunden
ist. Die Übergangsleitung 104 und
der Leitungsmantel 106 bilden dazwischen einen Ringraum,
in den Wärmeisolierung,
vorzugsweise eine Keramikpapierisolierung, gefüllt ist, um die äußere Oberfläche 108 der Übergangsleitung 104 zu
bedecken. Eine Plattenscheibe 110 ist mit dem Ende 112 des
Leitungsmantels 106 verbunden. Die Plattenscheibe 110 weist
eine Öffnung 114 auf,
durch die sich die Übergangsleitung 104 erstreckt.
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Die
Rohrkupplungen 72 und 74 sind in jeweiligen Außengehäusen 120 und 122 angeordnet.
Die Zwischenräume
innerhalb der Gehäuse 120 und 122 und
um die Rohrkupplungen 72 und 74 herum sind mit
Wärmeisolierung,
vorzugsweise einer Keramikpapierisolierung, gefüllt, um die äußeren Oberflächen 124 und 126 der
Rohrkupplungen 72 und 74 sowie Teile 130 der Übergangsleitung 104,
des Rohrbogens 76 und der Sauerstoff-Einspeisungsquellenleitung 94 zu
bedecken. Das Gehäuse 122 schließt eine Wangenplatte 132 ein,
die eine Öffnung 134 aufweist, durch
welche sich der Rohrbogen 76 erstreckt. Das Gehäuse schließt auch
eine Wangenplatte 136 ein, die eine Öffnung 138 aufweist,
durch welche sich die Übergangsleitung 104 und
der Leitungsmantel 106 erstrecken. Die Wangenplatten 132 und 136 sind
vorzugsweise mit den jeweiligen Enden 140 und 142 des Außengehäuses 122 verschweißt und wirken
dahingehend, die Wärmeisolierung
im Ringraum zu halten. Das Gehäuse 120 weist
auch Wangenplatten 146 und 148 auf, die, vorzugsweise
durch Schweißen,
mit seinen Enden 150 und 152 verbunden sind. Die
Wangenplatte 146 weist eine Öffnung 154 auf, durch
die sich der Rohrbogen 76 erstreckt. Ebenso weist die Wangenplatte 136 eine Öffnung 156 auf,
durch die sich die Sauerstoff-Einspeisungsquellenleitung 94 erstreckt.
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Angesichts
des vorangehend Gesagten wird ersichtlich, dass die Verteilereinrichtung 10,
ebenso wie die mit der Verteilereinrichtung 10 verbundene Sauerstoff-Einspeisungsleitung 70,
im Wesentlichen ganz von Wärmeisolierung
umgeben sind. Die Isolierung wiederum ist im Wesentlichen ganz von
den im Abstand gehaltenen Leitungsmänteln und Abschirmungsmänteln bedeckt,
um die Isolierung zu stabilisieren und zu schützen. Die Größe des Abstands
und die entsprechende Art und Menge der Isolierung hängen von
solchen Faktoren ab, wie der Größe und Konfiguration
des Reaktorbehälters,
den Einlasstemperaturen und Durchsatzmengen der Ammoniak-Einspeisung,
der Propan-Einspeisung und der Sauerstoff-Einspeisung, sowie dem
Metall, aus dem die Verteilereinrichtung 10 und der Reaktor 12 gefertigt sind.
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Die
Wärmeisolierung
blockiert eine Wärmeübertragung,
oder vermindert wesentlich die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung,
aus dem Inneren des Reaktorbehälters 12.
Infolgedessen wird die Temperatur der Sauerstoff-Einspeisung unterhalb von
einer Temperatur gehalten, die verhindert, dass sich das Sammelrohr 14,
die seitlichen Rohre 16 und die Abschirmungen 54 der
Verteilereinrichtung 10, oder Fremdstoffe, die sich in
dem durch diese hindurch geleiteten Sauerstoff-Einspeisungsstrom
befinden können,
entzünden.
Weil sich die Isolierung, welche die Abschirmungen 54 umgibt,
im Wesentlichen über
die gesamte Länge
der Abschirmungen 54 erstreckt, besteht insbesondere weniger
wahrscheinlich eine Möglichkeit,
dass sich in der Nähe
der Enden der Abschirmungen 54 frühzeitige oder unerwünschte Oxidationsreaktionen
entwickeln.
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Um
die Wahrscheinlichkeit einer Entzündung der Verteilereinrichtung 10 weiter
zu verringern, sind das Sammelrohr 14, die seitlichen Rohre 16 und
die Abschirmungen 54 aus Metallen gefertigt, die eine hohe
Beständigkeit
gegen Verbrennung mit der Sauerstoff-Einspeisung besitzen. Bevorzugte
Metalle schließen
Nickel- und Kupferlegierungen ein, zum Beispiel Nickel 200 oder
Monel 400, obwohl andere Metalle, wie nichtrostender Stahl, ebenfalls
verwendet werden können.
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Während des
Acrylnitrilherstellungsverfahrens werden die Reaktionsteilnehmer,
d.h. eine Ammoniak-Einspeisung und eine Propan-Einspeisung, durch
eine Verteilereinrichtung oder andere Abgabevorrichtung (nicht dargestellt)
oberhalb von der, unterhalb von der, oder in derselben Höhe wie die
Sauerstoff-Einspeisungsverteilereinrichtung 10 in
den Wirbelbettreaktor 12 zugeführt, der den Wirbelbettkatalysator 20 enthält. Eine
Sauerstoff-Einspeisung, in Form von reinem Sauerstoff oder eines
eine hohe Sauerstoffkonzentration enthaltenden Gemischs, wird zur
Verteilung durch die Sauerstoff-Einspeisungsverteilereinrichtung 10 direkt
in den Wirbelbettkatalysator 20 zugeführt. Der Katalysator 20 im
Weg der Düsenauslassströme umfasst
vorzugsweise fein verteilte Katalysatorfeststoffe, zum Beispiel
mit einer mittleren Teilchengröße von 50
Mikron, was dazu beiträgt,
der Flammenbildung oder -ausbreitung einen Widerstand entgegenzusetzen
oder diese zu verzögern.
Die Abschirmungen 54 sind bemessen, um eine Gasstrahlgeschwindigkeit,
zum Beispiel zwischen 20–30
Fuß/Sek.,
in den Wirbelbettreaktor 12 aufrecht zu erhalten, ohne
wesentliche Abnutzung des darin enthaltenen Katalysators. Der Wirbelbettdruck
kann zum Beispiel etwa 15–17
psig betragen, bei einer Temperatur von etwa 490–500°C.
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Ein
Modell der Verteilereinrichtung 10 wurde in Übereinstimmung
mit der Erfindung gefertigt, und schließt, wie in den Figuren dargestellt,
das Sammelrohr 14 ein, das die Sauerstoff-Einspeisung zu zehn im
Abstand angeordneten, sich nach außen erstreckenden seitlichen
Rohren 16 leitet. Das Sammelrohr 14 oder die seitlichen
Rohre 16 leiten den Sauerstoff-Einspeisung zu 19 Düsen, welche
die Öffnungen 52 und
Abschirmungen 54 einschließen, die sich vom Sammelrohr 14 oder
den seitlichen Rohren 16 aus nach unten (in 2 in
das Papier hinein) erstrecken. Die Einspeisungsleitung 70 ist
in Bezug zu den Öffnungen 52 mittig
angeordnet, und diese sind so konfiguriert, dass sie die Sauerstoff-Einspeisung gleichförmig über den
Wirbelbettreaktor 12 hinweg verteilen.
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Mit
einem solchen Modell durchgeführte
Untersuchungen haben gezeigt, dass bei einer Wirbelbettreaktortemperatur
im Bereich von etwa 400 bis etwa 500°C die Temperatur der Sauerstoff-Einspeisung bei etwa
90 bis etwa 120°C
gehalten werden kann (wie durch standardmäßige Wärmeübergangsberechnungen geschätzt). Die Öffnungen
waren bemessen, um eine Geschwindigkeit im Bereich von etwa 400
bis etwa 600 Fuß/Sek.
an der Öffnung
aufrecht zu erhalten, und die Abschirmungen waren bemessen, um eine
Gasstrahlgeschwindigkeit im Bereich von etwa 20 bis etwa 30 Fuß/Sek. zu
erzielen, mit einem Wirbelbettdruck von etwa 15–17 psig.
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Obwohl
die Erfindung in Bezug auf gewisse bevorzugte Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben worden ist, werden dem Fachmann beim Lesen
und Verstehen dieser Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen äquivalente
Veränderungen
und Abwandlungen in den Sinn kommen. In besonderem Hinblick auf
die verschiedenen Aufgaben, die von den oben beschriebenen Einheiten
(Komponenten, Anordnungen, Vorrichtungen, Zusammensetzungen, usw.)
erfüllt
werden, sollen, falls nicht anders angegeben, die zur Beschreibung
solcher Einheiten verwendeten Begriffe (einschließlich einer
Bezugnahme auf eine "Einrichtung") jeglicher Einheit entsprechen,
welche die genannte Aufgabe der beschriebenen Einheit erfüllt (d.h.
die funktional äquivalent
ist), selbst dann, wenn sie mit der offenbarten Struktur, welche
die Aufgabe der hier dargestellten beispielhaften Ausführungsform
oder Ausführungsformen
der Erfindung erfüllt,
nicht strukturell äquivalent
ist. Zudem kann, obwohl oben ein spezielles Merkmal der Erfindung
in Bezug auf nur eine von mehreren dargestellten Ausführungsformen
beschrieben worden sein mag, ein solches Merkmal mit einem oder
mehreren anderen Merkmalen der anderen Ausführungsformen kombiniert werden,
wie dies erwünscht
und für
irgend eine gegebene oder spezielle Anwendung vorteilhaft sein kann.