TW201718471A - 生產丙烯腈的反應器和方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及生產丙烯腈的反應器和方法。該裝置包括反應器主體，水平地設置在所述反應器主體內的進料分佈器，進料分佈器包括主管和與主管流體連通的多個支管組成的管組，主管的入口與設置在所述反應器主體之外的原料氣源連通且末端封閉，支管的末端封閉，在主管和支管上均設置有多個出氣孔。在使用根據本發明的反應器時，原料氣能夠在反應器內均勻地分佈，由此有助於提高丙烯腈的生產效率。

Description

生產丙烯腈的反應器和方法 相關申請的交叉引用

本申請要求享有於2015年9月2日提交的名稱為“改進的丙烯氨氧化工藝及其反應器”的中國專利申請CN201510552970.7、2015年9月6日提交的名稱為“進料分佈器”的中國專利申請CN201510557615.9、2015年9月6日提交的名稱為“反應器溫度的調節裝置和調節方法”的中國專利申請CN201510557613.X、和2016年1月8日提交的名稱為“用於氨化氧化反應的流化床反應器的進料分佈器”的中國專利申請CN201610011756.5的優先權，其全部內容通過引用併入本文中。

本發明涉及化工領域，特別涉及用於生產丙烯腈的反應器。本發明還涉及使用這種反應器生產丙烯腈的方法。

丙烯腈是一種重要的化工原料，其在合成纖維、合成橡膠和合成樹脂等領域中有廣泛的應用。

目前，通常將氨、丙烯和空氣在流化床反應器內 進行丙烯氨氧化反應來生產丙烯腈。由於丙烯是易燃易爆氣體，因此不能將丙烯和空氣混合在一起後再供入到流化床反應器內，而是將作為原料氣的丙烯與氨的混合氣從流化床反應器的一個進料口進料，而空氣從流化床反應器的另一個進料口進料。這會導致原料氣在流化床反應器內分佈不均勻，並且進而不利地影響丙烯腈的生產效率。

針對上述問題，本發明提出了一種生產丙烯腈的反應器。在使用根據本發明的反應器時，原料氣能夠在反應器內均勻地分佈，由此有助於提高丙烯腈的生產效率。本發明還提出了使用該生產丙烯腈的反應器來生產丙烯腈的方法。

根據本發明的第一方面的生產丙烯腈的反應器，包括：反應器主體，水平地設置在反應器主體內的進料分佈器，進料分佈器包括主管和與主管流體連通的多個支管組成的管組，主管的入口與設置在反應器主體之外的原料氣源連通且末端封閉，支管的末端封閉，在主管和支管上均設置有多個出氣孔。

根據本發明的反應器，進料分佈器的多個支管在水平方向中延伸到反應器內的大部分區域處，由此能夠通過進料分佈器將原料氣盡可能均勻地輸送到反應器內。這樣，就確保了原料氣在反應器內均勻地分佈，這非常有助於提高丙烯腈的生產效率。

在一個實施例中，主管上的多個出氣孔構造為：沿著原料氣的流動方向，下游出氣孔的孔徑大於上游出氣孔的孔徑；以及支管上的多個出氣孔構造為：沿著原料氣的流動方向，下游出氣孔的孔徑大於上游出氣孔的孔徑。在另一個實施例中，在主管上，任意一個出氣孔的孔徑大於等於相鄰的上游出氣孔的孔徑；以及在支管上，任意一個出氣孔的孔徑大於等於相鄰的上游出氣孔的孔徑。在另一個實施例中，在主管上，多個出氣孔形成多個不同的出氣孔組，每個出氣孔組內的出氣孔的孔徑相同並且任意一個出氣孔組的出氣孔的孔徑大於等於相鄰的上游出氣孔組的出氣孔的孔徑；以及在支管上，多個出氣孔形成多個不同的出氣孔組，每個出氣孔組內的出氣孔的孔徑相同並且任意一個出氣孔組的出氣孔的孔徑大於等於相鄰的上游出氣孔組的出氣孔的孔徑。

申請人發現，通過上述的出氣孔的孔徑的設置方式，能夠使從每個出氣孔內出來的原料氣的質量流量大體相同，這有助於原料氣在反應器內均勻地分佈。

在一個實施例中，在主管上，任意一個出氣孔的孔徑與相鄰的上游出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間，更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間；以及在支管上，任意一個出氣孔的孔徑與相鄰的上游出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間，更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間。

在一個實施例中，在主管上，任意一個出氣孔組的出氣孔的孔徑與相鄰的上游出氣孔組的出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間，更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間；以及在支管上，任意一個出氣孔組的出氣孔的孔徑與相鄰的上游出氣孔組的出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間，更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間。

在一個實施例中，當反應器的直徑為10到15米時，在所有的出氣孔中，最大的出氣孔的孔徑與最小的出氣孔的孔徑之比在1.05到1.15之間，優選在1.08到1.12之間，當反應器的直徑為5到10米時，在所有的出氣孔中，最大的出氣孔的孔徑與最小的出氣孔的孔徑之比在1.02到1.13之間，優選在1.05到1.11之間。

在一個實施例中，在主管上，沿主管內的物流方向，相鄰出氣孔之間的距離彼此相等；以及在支管上，沿主管內的物流方向，相鄰出氣孔之間的距離彼此相等，優選地，主管上的相鄰出氣孔之間的距離與支管上的相鄰出氣孔之間的距離相同。

在一個實施例中，在主管上，在同一周向位置處設置有一個或多個出氣孔；以及在支管上，在同一周向位置處設置有一個或多個出氣孔。

在一個實施例中，在主管和支管上，在每個出氣 孔處安裝有導流直管，導流直管的軸線與所述出氣孔的中心對齊。導流支管會將從出氣孔出來的湍流的原料氣流整流成穩定的直線流，這有助於保持反應器內的反應穩定進行。

在一個實施例中，在主管上，在同一周向位置處設置有兩個出氣孔，對應於所述兩個出氣孔的導流直管之間的夾角為30到90度，以及在支管上，在同一周向位置處設置有兩個出氣孔，對應於所述兩個出氣孔的導流直管之間的夾角為30到90度。

在一個優選的實施例中，導流直管的末端處於同一平面內。這樣能夠盡可能地保證原料氣能夠均勻地與空氣混合。

在一個實施例中，在管組中，多個支管相互平行，並且主管與所述多個支管垂直。在一個實施例中，沿主管的軸向，相鄰支管之間的垂直距離相同。這些結構進一步使原料氣能進入到反應器的各個位置，從而有助於原料氣在反應器內均勻地分佈。

在一個實施例中，在管組中，支管的長度與反應器主體的半徑之比在0到0.8之間。根據這種結構，支管具有適當的長度，這樣原料氣在支管記憶體在的時間較短，避免了製作支管的金屬被原料氣內的氨氣氮化，進而提高了進料分佈器的使用壽命。

在一個實施例中，進料分佈器包括相同的多個管組，每個管組均包括一個主管和與主管流體連通的多個支管，每個管組的主管獨立地與原料氣源連通。根據這種結構， 由於每個管組的主管獨立地與原料氣源連通，有助於原料氣在反應器內均勻地分佈。

在一個實施例中，多個管組在周向上均勻分佈。在另一個實施例中，多個管組的主管處於第一水平面中，以及多個管組的支管處於與第一水平面不同的第二水平面中。

在一個實施例中，在反應器主體內，在進料分佈器的下方還設置有空氣分佈板，出氣孔朝向空氣分佈板。這樣，可以使原料氣與空氣在反應器內均勻分佈，這有助於提高後續的反應效率。

在一個實施例中，在反應器主體內，在進料分佈器的上方設置有冷卻盤管。由於由氨氣、丙烯和空氣製備丙烯腈的反應是放熱反應，因此在反應器主體內設置了冷卻盤管以將所產生的熱量及時移出反應器，並將反應溫度保持在預定的溫度。

在一個實施例中，冷卻盤管包括多個長盤管和多個短盤管，長盤管的長度大於短盤管的長度，並且多個長盤管和多個短盤管中的任一個都與設置在反應器主體之外的冷源獨立連通。長盤管容納的冷卻水較多，會導致反應器內的溫度下降/上升的幅度較大。短盤管容納的冷卻水較少，會導致反應器內的溫度下降/上升的幅度較小。這樣，使用者可根據實際情況在反應器主體內部的一些區域設置長盤管，而在另一些區域設置短盤管，甚至可以將長盤管和短盤管交錯設置，這樣可以有針對性地對反應器主體內的不同區域實施不同的控溫策略，進而以高的靈敏度控制反應器主體內的溫 度。特別是，可以通過切換長盤管和短盤管，或者將不同的長盤管與短盤管配合使用，可以達到比短盤管更小幅度的控溫效果，這有助於進一步精確地控制反應器主體內的溫度。此外，操作人員可以根據需要使每個長盤管和/或短盤管獨立地發揮作用，這樣可以非常精確地控制反應器溫度，並且由此可以從整體上將反應器主體內的反應溫度保持在預定溫度，這對於提高反應效率、提高丙烯腈的生產效率非常有益。

在一個優選的實施例中，在反應器主體內，在反應器的橫截面的中心區域佈置了短盤管和長盤管，在反應器的橫截面的其他區域佈置了長盤管。長盤管用於較大幅度地調節溫度，而短盤管用於精細調節溫度。僅在反應器的橫截面的中心區域設置短盤管，就能夠從整體上靈敏地調節反應器內的溫度，這有助於降低長盤管和短盤管的控制複雜程度。

在一個實施例中，多個長盤管和多個短盤管中的任一個由一個或多個串聯的U型管組成，以U型管的數量計，長盤管的U型管的數量為4到8個，短盤管的U型管的數量為1到3個。

在一個實施例中，長盤管和短盤管中的至少一個具有奇數個U型管，並且至少另一個具有偶數個U型管。申請人發現，一個U型管能夠在反應器內產生最小的溫度變化幅度。因此，通過將這些長盤管和短盤管組合配合，能夠在反應器內產生由一個U型管導致的溫度變化，這有助於精確控制反應器內的溫度。

本發明的第二方面提出了一種生產丙烯腈的方 法，其使用了上文所述的反應器。在該反應器主體內，在進料分佈器的下方還設置有空氣分佈板，出氣孔朝向空氣分佈板。該方法包括：將原料氣通過進料分佈器供入到反應器內，並且將空氣通過空氣分佈板供入到反應器內，使原料氣和空氣在催化劑的作用下在反應器內反應生成含有丙烯腈的產物，將含有丙烯腈的產物純化，以此得到丙烯腈。

根據前文所述，進料分佈器能夠將原料氣盡可能均勻地輸送到反應器內，而且進料分佈器和空氣分佈板設置為使原料氣和空氣在反應器內均勻分佈，這樣有助於提高丙烯腈的生產效率。

在一個實施例中，在反應器中，以表壓計，反應壓力為0.04-0.05MPa，並且操作線速度V為0.7-1.0m/s。催化劑為Mo-Bi系列丙烯腈催化劑，其平均粒徑為40-80μm。反應溫度為420-460℃，原料氣為丙烯與氨氣的混合物，並且丙烯、氨氣和空氣的摩爾比為1：(1.1-1.3)：(9-10.5)。在這種反應條件和催化劑下，丙烯、氨氣和空氣能夠充分反應生產丙烯腈。與現有技術中的操作線速度V為0.5-0.68m/s相比，本發明的方法大幅提高了操作線速度，從而大幅提高了丙烯腈的生產效率。Mo-Bi系列丙烯腈催化劑是本領域的常用催化劑，這裡不再贅述。

在一個實施例中，催化劑的細微性分佈如下，以重量含量計算，粒徑大於90微米的顆粒占0-30%，粒徑在45微米至90微米粒徑的顆粒占20-70%，粒徑小於45微米的占30-50%，其中粒徑小於20μm小於10%。申請人發現，這種 細微性分佈的催化劑具有最好的催化效率。更重要的是，在本發明的方法中，在如此大的操作線速度下，催化劑的跑失率等於甚至小於現有技術中的催化劑的跑失率，這非常有助於反應平穩進行並且降低了向反應器內補充催化劑的頻率。

在一個實施例中，在反應過程中，分析反應器內的催化劑的細微性分佈，並將反應器內的催化劑的細微性分佈保持為如下，以重量含量計算，粒徑大於90微米的顆粒占0-30%，粒徑在45微米至90微米粒徑的顆粒占20-70%，小於45微米的占30-50%，其中粒徑小於20μm不高於10%。

在一個實施例中，在反應器內，在進料分佈器的上方豎直設置有冷卻盤管，催化劑的流化高度h與操作線速度V符合下述關係： 其中，a和b為常數，並且a的取值範圍為2.5-3.5，b的取值範圍為3.5-4.8，冷卻盤管的高度H大於等於催化劑的流化高度h。

與現有技術相比，本發明的優點在於：進料分佈器能夠將原料氣在反應器內均勻地分佈，由此有助於提高丙烯腈的生產效率。進料分佈器和空氣分佈板的設置使得原料氣和空氣在反應器內均勻分佈，這也有助於提高丙烯腈的生產效率。

1‧‧‧進料分佈器

2‧‧‧進料管

3‧‧‧空氣管

4‧‧‧空氣分佈板

5‧‧‧冷卻盤管

6‧‧‧分離裝置

7‧‧‧原料氣源

8‧‧‧冷源

10‧‧‧反應器

11‧‧‧反應器主體

12‧‧‧封頭

31、32、33‧‧‧子盤管

101‧‧‧主管

102‧‧‧支管

103‧‧‧出氣孔

104‧‧‧中心

105‧‧‧導流直管

106‧‧‧管組

111‧‧‧反應器的橫截面

在下文中將基於實施例並參考附圖來對本發明 進行更詳細的描述。其中：圖1示意性地顯示了根據本發明的生產丙烯腈的反應器的一個實施例；圖2示意性地顯示了根據本發明的進料分佈器的一個實施例；圖3示意性地顯示了圖2中B-B所示的剖視圖；圖4示意性地顯示了進料分佈器的出氣孔和引流直管的另一種實施例；圖5示意性地顯示了根據本發明的進料分佈器的另一個實施例；圖6示意性地顯示了根據本發明的進料分佈器的另一個實施例；圖7示意性地顯示了根據本發明的進料分佈器的另一個實施例；圖8示意性地顯示了根據本發明的進料分佈器的另一個實施例；圖9示意性地顯示了根據本發明的冷卻盤管的一個實施例的局部；圖10示意性地顯示了根據本發明的冷卻盤管的佈置方式的一個實施例；圖11示意性地顯示了根據本發明的冷卻盤管的佈置方式的另一個實施例；圖12示意性地顯示了根據本發明的冷卻盤管的佈置方式的另一個實施例；和 圖13示意性地顯示了根據本發明的冷卻盤管的佈置方式的另一個實施例。

在附圖中，相同的部件使用了相同的附圖標記。附圖並未按照實際的比例。此外，在圖2和圖5-8中，符號“○”、“×”和“△”代表了不同孔徑的出氣孔。

對於說明書、摘要和申請專利範圍來說，應當注意地是，單數形式“一”、“該”等也包括複數，除非另有明確說明。

圖1示意性地顯示了根據本發明的用於生產丙烯腈的反應器10。如圖1所示，反應器10包括筒狀的反應器主體11和半橢球狀的封頭12。在反應器主體11內水平地設置有進料分佈器1和空氣分佈板4，優選地，進料分佈器1和空氣分佈板4間隔開並且進料分佈器1處於空氣分佈板4的上方。

原料氣的進料管2穿過反應器主體11的側壁而延伸到反應器10的內部，並且與進料分佈器1相連通。空氣管3也穿過反應器主體11的側壁而延伸到反應器10的內部，以將輸送進來的空氣通過空氣分佈板4分散到反應器10內。這樣，在進料分佈器1和空氣分佈板4的作用下，來自原料氣源7的原料氣和空氣會在反應器10內均勻混合。然後，原料氣和空氣的混合物在反應器10內的催化劑(未示出)的作用下反應並生成丙烯腈。應注意的是，原料氣源7並不是本 發明的反應器10的組成部分，此外，進料管2和空氣管3是分開的，這是由於通常生產丙烯腈的原料氣為氨氣和丙烯，丙烯、氨為易燃易爆氣體，因此不能與空氣混合供入到反應器10內。

此外，在反應器10內還可設置分離裝置6，以將所產生的丙烯腈與夾帶的催化劑顆粒分開，以便於後續對丙烯腈和催化劑的進一步操作。分離裝置6通常可選用旋風分離器，當然本領域的技術人員還可選用其他類型的分離器。

下面來詳細說明本發明的進來分佈器1。

圖2顯示了進料分佈器的一個實施例。如圖2所示，進料分佈器1形成為包括一個主管101和與主管101流體連通的多個支管102的一個管組106。主管101與進料管2連通，並且主管101和支管102的末端均封閉。在主管101和支管102上均設置有多個出氣孔103。這樣，原料氣進入到進料分佈器1內後，原料氣只能從出氣孔103流出，因此原料氣就被進料分佈器1均勻地分散到反應器10內。

優選地，主管101上的多個出氣孔103構造為：沿著原料氣的流動方向，下游出氣孔的孔徑大於上游出氣孔的孔徑；並且支管102上的多個出氣孔103構造為：沿著原料氣的流動方向，下游出氣孔的孔徑大於上游出氣孔的孔徑。這樣可使得從每個出氣孔出來的原料氣的質量流量大體相同，有助於進一步促進了原料氣在反應器10內均勻地分佈。在一個未示出的實施例中，在主管101上，多個出氣孔形成多個不同的出氣孔組。每個出氣孔組內的出氣孔103的 孔徑相同並且任意一個出氣孔組的出氣孔的孔徑大於等於相鄰的上游出氣孔組的出氣孔的孔徑；在支管上也是如此。這也可以實現從每個出氣孔出來的原料氣的質量流量大體相同。

本領域的技術人員可根據實際情況設置每個出氣孔103的孔徑。在一個實施例中，在主管101上，任意一個出氣孔的孔徑與相鄰的上游出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間，更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間。在支管102上，任意一個出氣孔103的孔徑與相鄰的上游出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間，更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間。

在另一個實施例中，對於出氣孔組而言，在主管101上，任意一個出氣孔組的出氣孔的孔徑與相鄰的上游出氣孔組的出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間，更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間。在支管102上，任意一個出氣孔組的出氣孔的孔徑與相鄰的上游出氣孔組的出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間，更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間。

在一個具體的實施例中，出氣孔103的孔徑可以在3mm到10mm之間。例如，當反應器10的直徑在5-10米 時，最大的出氣孔的孔徑與最小的出氣孔的孔徑之比在1.02到1.13之間，優選在1.05到1.11之間，例如孔徑可以為4.5mm、4.8mm、4.9mm、6.7mm、6.8mm和7.0mm。當反應器10的直徑在10-15米時，最大的出氣孔的孔徑與最小的出氣孔的孔徑之比在1.05到1.15之間，優選在1.08到1.12之間，例如，孔徑可以為5.8mm、6.1mm、6.4mm、6.5mm。

此外，在主管101上，沿流體流動方向，相鄰出氣孔103之間的距離彼此相等。在支管102上，相鄰出氣孔103之間的距離彼此相等。相鄰出氣孔103之間的距離可以為100-300mm，優選為125-275mm，更優選為150-225mm。

在主管101上，在同一周向位置處可設置有一個或多個出氣孔103。在支管102上，在同一周向位置處也可設置有一個或多個出氣孔103。在圖4所示的實施例中，在同一周向位置處設置有兩個出氣孔103。

主管101可以選擇為直管，支管102可以是直管，也可以是弧形管(如圖7所示)。主管101與支管102的孔徑比優選為2.0-3.2。多個支管102相互平行，並且主管101與多個支管102均垂直。此外，沿主管101的軸向，相鄰支管102之間的垂直距離L相同。這些結構都有助於原料氣在反應器10內均勻分佈。優選地，相鄰支管102之間的垂直距離L是相鄰出氣孔103之間的距離的2倍。在一個實施例中，相鄰支管102之間的垂直距離L可以為200-600mm，優選260-550mm，更優選300-500mm。

如圖3和4所示，在主管101和支管102上，在 每個出氣孔103處都安裝有導流直管105。導流直管105可將從出氣孔103出來的湍流的原料氣流整流成穩定的直線流，這有助於保持反應器10內的反應穩定進行。優選地，該多個導流直管105的末端處於同一平面內。另外，在主管101和支管102上，在同一周向位置處設置有兩個出氣孔，對應於兩個出氣孔的導流直管之間的夾角α為30到90度。

圖5到8示意性地顯示了其他類型的進料分佈器1的實施例。在這些實施例中，進料分佈器1包括相同的多個管組106，例如，四個管組106。這些管組106分佈在反應器主體11的同一橫截面內，並且在周向上均勻分佈。每個管組均包括一個主管101和與主管101流體連通的多個支管102，在主管101和支管102上都設置有出氣孔103。每個管組的主管101均獨立地與原料氣源7連通。這樣，可以控制每個管組的進氣狀況，進而保證原料氣在反應器10內均勻分佈。在每一個管組中，主管101、支管102、出氣孔103的設置方式上文描述完全相同，這裡不再贅述。

在圖5到8所示的實施例中，多個管組106的主管101的封閉末端彙聚在反應器主體11的中心104，多個管組102的支管在周向上互不重疊。例如，圖5中每個管組的支管102僅存在於主管101的一側。圖6中多個支管102組成了多個正方形。圖7中多個支管102圍成了多個同心圓。圖8中多個支管102相互交錯。

在另一個實施例中，多個管組106的主管101可以處於第一水平面中，而支管102處於與第一水平面不同的 第二水平面中。這樣可避免主管101上的導流直管105與支管102上的導流直管105相互干涉。

在一個實施例中，在每一個管組中，支管102的長度與反應器主體11的半徑之比在0-0.8之間。這樣，可避免原料氣在支管102記憶體在的時間過長，避免了在高溫下製作支管的金屬被原料氣內的氨氣氮化，進而提高了進料分佈器1的使用壽命。

為了及時移出氨氣、丙烯和空氣反應放出的熱量，在反應器10內還設置有冷卻盤管5。如圖1所示，冷卻盤管5設置在進料分佈器1的上方。

圖9示意性地顯示了冷卻盤管5的一個實施例的局部。如圖9所示，冷卻盤管5包括3個獨立的子盤管31、32、33，這些子盤管分別與設置在反應器主體11之外的冷源8獨立連通。在反應器10內還可以設置更多個子盤管。

該多個子盤管包括多個長盤管31、33和多個短盤管32。長盤管的長度大於短盤管的長度，使得長盤管具有比短盤管更強的降溫能力。這樣，使用者可根據實際情況在反應器主體11內部的一些區域設置長盤管，而在另一些區域設置短盤管，甚至可以將長盤管和短盤管交叉設置。另外，使用者可以根據需要獨立地操作這些冷卻子單元中的每一個，進而以高的靈敏度控制反應器主體內的溫度，這對於提高丙烯腈的生產效率非常有益。

為了便於製造長盤管和短盤管，將長盤管和短盤管都由一個或多個串聯的U型管組成。這些U型管的規格完 全相同，因此以U型管的數量計，長盤管的U型管的數量為4到8個，短盤管的U型管的數量為1到3個。為了簡單起見，這裡以1U表示具有一個U型管的盤管，2U表示具有兩個U型管串聯相連的盤管，以此類推。在圖10到13中採用了這種表示盤管長度的標記。

在一個優選的實施例中，長盤管和短盤管中的至少一個具有奇數個U型管，並且至少另一個具有偶數個U型管。例如，長盤管和短盤管的組合可以為6U/4U/1U、6U/5U/3U、7U/6U/4U、8U/6U/5U/2U。這樣，通過組合開/關控制這些長盤管和短盤管，可以實現控制精度為1U的盤管導致的反應器10內的溫度變化，這有助於精確控制反應器內的溫度。

還如圖10到13所示，在反應器主體11內，在反應器的橫截面111的中心區域佈置了短盤管和長盤管，在反應器的橫截面111的其他區域佈置了長盤管。這樣可以通過長盤管將反應器10內快速升溫和降溫，而短盤管則用於精細調節節反應器10內的溫度。特別是，意外發現，僅在反應器的橫截面111的中心區域佈置一些短盤管就可以實現從整體上精細調節反應器10內的溫度。在本申請中，反應器10的橫截面中心區域是指從反應器10的橫截面的圓心至半徑的2/3的範圍；而反應器10的橫截面邊緣區域是指除去中心區域的的部分。

實施例1：

反應器10直徑為7米，採用圖5所示的進料分佈器，出氣孔的孔徑分別為4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm，採用圖10所示的冷卻盤管，冷卻盤管高度為6.5m。

丙烯、氨氣和空氣的摩爾比為1：1.2：9.5，反應壓力為0.04MPa，反應溫度為440℃，操作線速度V為0.8m/s。以重量計，催化劑粒徑大於90微米的顆粒占15%，粒徑在45微米至90微米粒徑的顆粒占53%，粒徑小於45微米的占32%，其中粒徑小於20μm小於8%。使用旋風分離器分離被夾帶的催化劑。表1顯示了丙烯腈、CO₂的收率和催化劑的跑失率。

實施例2：

反應器10直徑為9米，採用圖6所示的進料分佈器，出氣孔的孔徑分別為6.5mm、6.6mm、6.7mm、6.8mm、6.9mm和7.0mm，採用圖11所示的冷卻盤管，冷卻盤管高度為7m。

丙烯、氨氣和空氣的摩爾比為1：1.1：9.5，反應壓力為0.05MPa，反應溫度為430℃，操作線速度V為0.85m/s。以重量計，催化劑粒徑大於90微米的顆粒占18%，粒徑在45微米至90微米粒徑的顆粒占47%，粒徑小於45微米的占35%，其中粒徑小於20μm小於8%。使用旋風分離器分離產物中被夾帶的催化劑顆粒。表1顯示了丙烯腈、CO₂的收率和催化劑的跑失率。

實施例3：

反應器10直徑為12米，採用圖6所示的進料分佈器，出氣孔的孔徑分別為5.8mm、5.9mm、6.0mm、6.1mm、6.2mm、6.3mm、6.4mm、6.5mm，採用圖12所示的冷卻盤管，冷卻盤管高度為7.5m。

丙烯、氨氣和空氣的摩爾比為1：1.3：9.7，反應壓力為0.043MPa，反應溫度為435℃，操作線速度V為0.9m/s。以重量計，催化劑粒徑大於90微米的顆粒占7%，粒徑在45微米至90微米粒徑的顆粒占58%，粒徑小於45微米的占35%，其中粒徑小於20μm小於8%。使用旋風分離器分離產物中被夾帶的催化劑顆粒。表1顯示了丙烯腈、CO₂的收率和催化劑的跑失率。

通過上述實施例可得出，與現有技術相比，使用本發明的生產丙烯腈的反應器和方法可以大幅提高丙烯腈的收率，並能顯著抑制副反應，降低了CO₂的量。更重要的是， 在反應壓力為0.04-0.05MPa，並且操作線速度V為0.7-1.0m/s的條件下，使用本發明的催化劑，可有效地控制催化劑的跑失率。例如，每生產一噸丙烯腈，催化劑的跑失量最低可為0.35kg，這對於保持反應的穩定性非常有益。

為了進一步保持反應的穩定性，可以根據要求定期分析反應器內的催化劑的細微性分佈，並基於分析結果添加不同細微性的催化劑。

雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構衝突，各個實施例中所提到的各項技術特徵均可以任意方式組合起來。本發明並不侷限於文中公開的特定實施例，而是包括落入申請專利範圍內的所有技術方案。

1‧‧‧進料分佈器

2‧‧‧進料管

3‧‧‧空氣管

4‧‧‧空氣分佈板

5‧‧‧冷卻盤管

6‧‧‧分離裝置

7‧‧‧原料氣源

8‧‧‧冷源

10‧‧‧反應器

11‧‧‧反應器主體

12‧‧‧封頭

Claims (31)

1. 一種生產丙烯腈的反應器，包括：反應器主體，水平地設置在所述反應器主體內的進料分佈器，所述進料分佈器包括主管和與所述主管流體連通的多個支管組成的管組，所述主管的入口與設置在所述反應器主體之外的原料氣源連通且末端封閉，所述支管的末端封閉，在所述主管和支管上均設置有多個出氣孔。
2. 如請求項1所述的反應器，其中，所述主管上的多個出氣孔構造為：沿著原料氣的流動方向，下游出氣孔的孔徑大於上游出氣孔的孔徑；以及所述支管上的多個出氣孔構造為：沿著原料氣的流動方向，下游出氣孔的孔徑大於上游出氣孔的孔徑。
3. 如請求項2所述的反應器，其中，在所述主管上，任意一個出氣孔的孔徑大於等於相鄰的上游出氣孔的孔徑；以及在所述支管上，任意一個出氣孔的孔徑大於等於相鄰的上游出氣孔的孔徑。
4. 如請求項3所述的反應器，其中，在所述主管上，任意一個出氣孔的孔徑與相鄰的上游出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間， 更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間；以及在所述支管上，任意一個出氣孔的孔徑與相鄰的上游出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間，更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間。
5. 如請求項3所述的反應器，其中，當所述反應器的直徑為10到15米時，在所有的出氣孔中，最大的出氣孔的孔徑與最小的出氣孔的孔徑之比在1.05到1.15之間，優選在1.08到1.12之間，當所述反應器的直徑為5到10米時，在所有的出氣孔中，最大的出氣孔的孔徑與最小的出氣孔的孔徑之比在1.02到1.13之間，優選在1.05到1.11之間。
6. 如請求項2所述的反應器，其中，在所述主管上，所述多個出氣孔形成多個不同的出氣孔組，每個出氣孔組內的出氣孔的孔徑相同並且任意一個出氣孔組的出氣孔的孔徑大於等於相鄰的上游出氣孔組的出氣孔的孔徑；以及在所述支管上，所述多個出氣孔形成多個不同的出氣孔組，每個出氣孔組內的出氣孔的孔徑相同並且任意一個出氣孔組的出氣孔的孔徑大於等於相鄰的上游出氣孔組的出氣孔的孔徑。
7. 如請求項6所述的反應器，其中，在所述主管上，任意一個出氣孔組的出氣孔的孔徑與相鄰的上游出氣孔組的出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間，更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間；以及在所述支管上，任意一個出氣孔組的出氣孔的孔徑與相鄰的上游出氣孔組的出氣孔的孔徑的比值在1到1.08之間，優選在1到1.06之間，更優選在1到1.04之間，更優選在1到1.02之間，更優選在1到1.015之間，更優選在1到1.01之間。
8. 如請求項1到7中任一項所述的反應器，其中，在所述主管上，沿所述主管內的物流方向，相鄰出氣孔之間的距離彼此相等；以及在所述支管上，沿所述主管內的物流方向，相鄰出氣孔之間的距離彼此相等，優選地，所述主管上的相鄰出氣孔之間的距離與所述支管上的相鄰出氣孔之間的距離相同。
9. 如請求項1到8中任一項所述的反應器，其中，在所述主管上，在同一周向位置處設置有一個或多個出氣孔；以及在所述支管上，在同一周向位置處設置有一個或多個出氣孔。
10. 如請求項9所述的反應器，其中，在所述主管和所述支管上，在每個出氣孔處安裝有導流直管，所述導流直管的軸線與所述出氣孔的中心對齊。
11. 如請求項10所述的反應器，其中，在所述主管上，在同一周向位置處設置有兩個出氣孔，對應於所述兩個出氣孔的導流直管之間的夾角為30到90度，以及在所述支管上，在同一周向位置處設置有兩個出氣孔，對應於所述兩個出氣孔的導流直管之間的夾角為30到90度。
12. 如請求項10所述的反應器，其中，所述導流直管的末端處於同一平面內。
13. 如請求項1到12中任一項所述的反應器，其中，在所述管組中，所述多個支管相互平行，並且所述主管與所述多個支管垂直。
14. 如請求項13所述的反應器，其中，沿所述主管的軸向，相鄰支管之間的垂直距離相同。
15. 如請求項1到14中任一項所述的反應器，其中，在所述管組中，支管的長度與所述反應器主體的半徑之比在0到0.8之間。
16. 如請求項1到15中任一項所述的反應器，其中，所述進料分佈器包括相同的多個管組，每個管組均包括一個主管和與所述主管流體連通的多個支管，每個管組的主管獨立地與所述原料氣源連通。
17. 如請求項16所述的反應器，其中，所述多個管組的主管處於第一水平面中，以及所述多個管組的支管處於與所述第一水平面不同的第二水平面中。
18. 如請求項16或17所述的反應器，其中，所述多個管組在周向上均勻分佈。
19. 如請求項1到18中任一項所述的反應器，其中，在所述反應器主體內，在所述進料分佈器的下方還設置有空氣分佈板，所述出氣孔朝向所述空氣分佈板。
20. 如請求項1到19中任一項所述的反應器，其中，在所述反應器主體內，在所述進料分佈器的上方設置有冷卻盤管。
21. 如請求項20所述的反應器，其中，所述冷卻盤管包 括多個長盤管和多個短盤管，所述長盤管的長度大於所述短盤管的長度，並且所述多個長盤管和多個短盤管中的任一個都與設置在所述反應器主體之外的冷源獨立連通。
22. 如請求項21所述的反應器，其中，在所述反應器主體內，在所述反應器的橫截面的中心區域佈置了所述短盤管和長盤管，在所述反應器的橫截面的其他區域佈置了所述長盤管。
23. 如請求項21或11所述的反應器，其中，所述多個長盤管和多個短盤管中的任一個由一個或多個串聯的U型管組成，以U型管的數量計，所述長盤管的U型管的數量為4到8個，所述短盤管的U型管的數量為1到3個。
24. 如請求項23所述的反應器，其中，所述長盤管和短盤管中的至少一個具有奇數個U型管，並且至少另一個具有偶數個U型管。
25. 一種使用如請求項1所述的反應器生產丙烯腈的方法，在所述反應器主體內，在所述進料分佈器的下方還設置有空氣分佈板，所述出氣孔朝向所述空氣分佈板，所述方法包括：將原料氣通過進料分佈器供入到所述反應器內，並且將 空氣通過所述空氣分佈板供入到所述反應器內，使所述原料氣和空氣在催化劑的作用下在所述反應器內反應生成含有丙烯腈的產物，將所述含有丙烯腈的產物純化，以此得到丙烯腈。
26. 如請求項25所述的方法，其中，在所述反應器中，以表壓計，反應壓力為0.04-0.05MPa，並且操作線速度V為0.7-1.0m/s。
27. 如請求項25或26所述的方法，其中，所述催化劑為Mo-Bi系列丙烯腈催化劑，其平均粒徑為40-80μm。
28. 如請求項27所述的方法，其中，所述催化劑的細微性分佈如下，以重量含量計算，粒徑大於90微米的顆粒占0-30%，粒徑在45微米至90微米粒徑的顆粒占20-70%，小於45微米的占30-50%，其中粒徑小於20μm不高於10%。
29. 如請求項28所述的方法，其中，在反應過程中，分析所述反應器內的催化劑的細微性分佈，並將所述反應器內的催化劑的細微性分佈保持為如下，以重量含量計算，粒徑大於90微米的顆粒占0-30%，粒徑在45微米至90微米粒徑的顆粒占20-70%，小於45微米的占30-50%，其中粒徑小於20μm不高於10%。
30. 如請求項25到29中任一項所述的方法，其中，在所述反應器內，在所述進料分佈器的上方豎直設置有冷卻盤管，所述催化劑的流化高度h與所述操作線速度V符合下述關係： 其中，a和b為常數，並且a的取值範圍為2.5-3.5，b的取值範圍為3.5-4.8，所述冷卻盤管的高度H大於等於所述催化劑的流化高度h。
31. 如請求項25到30中任一項所述的方法，其中，反應溫度為420-460℃，所述原料氣為丙烯與氨氣的混合物，並且丙烯、氨氣和空氣的摩爾比為1：(1.1-1.3)：(9-10.5)。