TW202247896A - 一種撤熱管組、及其在流化床反應器溫度控制和不飽和腈製造中的應用 - Google Patents

一種撤熱管組、及其在流化床反應器溫度控制和不飽和腈製造中的應用 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種撤熱管組、上述撤熱管組在流化床反應器溫度控制及不飽和腈製造中的應用。上述撤熱管組包括至少1個第一撤熱管及至少1個第二撤熱管，其中上述第二撤熱管的全部直管b在上述橫切面上的外輪廓總周長Lb與上述第一撤熱管的全部直管a在上述橫切面上的外輪廓總周長La之間的比值為大於1且小於1.25。根據本發明，在上述第一撤熱管及上述第二撤熱管按照成對方式聯動切換時，可以維持反應溫度基本上恆定。

Description

一種撤熱管組、及其在流化床反應器溫度控制和不飽和腈製造中的應用
本發明係關於一種撤熱管組，上述撤熱管組特別適合設置在流化床反應器中。本發明進一步係關於上述撤熱管組在流化床反應器溫度控制及不飽和腈製造中的應用。
丙烯腈是石油化工的重要化工原料。世界各國普遍採用丙烯胺氧化一步法生產丙烯腈，即在流化床胺氧化催化劑作用下，在一定的反應溫度及壓力下，丙烯胺氧化生成丙烯腈，同時副產乙腈、氫氰酸等，亦會有CO、CO 2深度氧化產物的生成。該反應為強放熱反應，反應過程中伴隨著大量的熱量產生。
典型的丙烯腈流化床反應器內構件包括丙烯胺分佈器、空氣分佈板、撤熱管(亦稱為冷卻盤管)及旋風分離器，其中撤熱管及旋風分離器的料腿作為流化床的垂直構件位於催化劑床層中。撤熱管可以將大量產生的反應熱及時移出反應系統，且將反應溫度維持在一個穩定的狀態，而旋風分離器捕獲隨氣體向上運動時所夾帶的催化劑，且將催化劑藉由料腿返送回催化劑床層，以減少催化劑跑損。
圖1示出一種丙烯腈流化床反應器，其主要內構件包括：含氧氣體分佈板、丙烯胺分佈器、撤熱管、旋風分離器。在如圖1所示的先前技術的丙烯腈反應器中，需總撤熱管的85%甚至更多的撤熱管均處於工作狀態，即此等撤熱管內均通有相對反應溫度而言的冷的撤熱介質，藉由撤熱介質的熱交換，才能維持反應溫度的穩定。此外，反應過程中往往藉由切換撤熱管來達到微調反應器溫度的目的。
本發明之發明者發現，在流化床反應器中，近反應器器壁(外周)處的傳熱效率相比中心處略低。結果是，根據其在流化床反應器中所處的位置(中心或外周)不同，即使傳熱面積相同，不同撤熱管的撤熱量亦略有差異，各自對反應溫度的影響亦略有差異。不同撤熱管(包括不同位置處的不同撤熱管)需要定期彼此切換工作，以實現除垢等目的，由此引發反應溫度波動(幅度1-3℃)問題。為了維持反應溫度的穩定，雖然可以藉由增加或減少原料氣進料量，即增加或減少反應熱，使得反應放熱與處於工作狀態下的撤熱管撤熱能力相當，但是導致原料氣的進料量變化達±1%左右甚至更多，如此由於裝置運作負荷的變化，增加了不穩定因素；或者可以藉由調節蒸汽汽包壓力的方式，但是汽包壓力的波動會增加需蒸汽透平的設備如空壓機、冰機等的操作難度。
本發明之發明者亦發現，在本發明所涉及的丙烯腈流化床反應器中，裝置滿負荷運作時的原料氣進料量、反應溫度、反應壓力以及汽包壓力等參數均為已知的，對於流化床反應器中的撤熱管的撤熱能力亦為可以預估的，匹配不同位置處的不同撤熱管的撤熱面積，以補償撤熱量差異。本發明基於該發現而完成。
具體而言，本發明係關於以下態樣的內容：
1. 一種撤熱管組(特別是撤熱水管組)，其特徵在於，上述撤熱管組被構造為設置在流化床反應器的撤熱段內，上述撤熱段設置於上述流化床反應器的流化床層內，上述撤熱管組包括： 至少1個第一撤熱管，上述第一撤熱管包括n1(2＜n1＜30，較佳為2＜n1＜20，更佳為2＜n1＜10)個平行於上述流化床反應器的中心軸線方向延伸的直管a及n1-1個用於使相鄰兩個直管a串聯且流體連通的連接管件；及 至少1個第二撤熱管，上述第二撤熱管包括n2(2＜n2＜30，較佳為2＜n2＜20，更佳為2＜n2＜10)個平行於上述流化床反應器的中心軸線方向延伸的直管b及n2-1個用於使相鄰兩個直管b串聯且流體連通的連接管件， 其中，在上述撤熱段的任意位置處(設上述撤熱段沿著上述流化床反應器中心軸線方向的長度為L(單位為m)，較佳在上述撤熱段的上述長度L的整個區域內，更佳在上述反應撤熱段中心點上下49%L的區域內，更佳在上述反應撤熱段中心點以上45%L以下38%L的區域內，更佳在上述反應撤熱段中心點以上40%L以下8%L的區域內)沿著垂直於上述流化床反應器中心軸線的方向橫切所獲得的橫切面內，上述第一撤熱管的全部直管a中的大於50%(較佳60%以上、更佳為70%以上)的直管a在上述流化床反應器的上述撤熱段的橫切面的中心部分範圍內，且上述第二撤熱管的全部直管b中的小於50%(較佳40%以下、更佳為30%以下)的直管b在上述橫切面的中心部分範圍內，且 其中，上述第二撤熱管(在存在多個時，為多個上述第二撤熱管合在一起)的全部直管b在上述橫切面上的外輪廓總周長Lb與上述第一撤熱管(在存在多個時，為多個上述第一撤熱管合在一起)的全部直管a在上述橫切面上的外輪廓總周長La之間的比值為大於1且小於1.25(較佳為大於1且小於等於1.15或者為1.01-1.10)或者大於1且小於等於1.12。
2. 前述或後述任一態樣所述的撤熱管組，其特徵在於，滿足|n1-n2|＜5(較佳|n1-n2|＜3)。
3. 前述或後述任一態樣所述的撤熱管組，其特徵在於，設上述橫切面的半徑為R(單位為m)，則上述中心部分範圍為距上述橫切面的圓心3/4R範圍內(較佳為2/3R範圍內，更佳為1/2R範圍內，亦更佳為1/3R範圍內)。
4. 前述或後述任一態樣所述的撤熱管組，其特徵在於，上述直管a的外徑(單位為mm)與上述直管b的外徑(單位為mm)之比為1-1.6，較佳為1-1.4；或者，上述直管b的外徑(單位為mm)與上述直管a的外徑(單位為mm)之比為1-1.6，較佳為1-1.4。
5. 前述或後述任一態樣所述的撤熱管組，其特徵在於，上述直管a的外徑各自獨立地為80-180mm，較佳90-170mm，上述直管a的長度各自獨立地為4-13 m，較佳5-12.0m，且相鄰兩個直管a之間的間距為100-700mm，較佳150-500mm，及/或，上述直管b的外徑各自獨立地為80-180mm，較佳90-170mm，上述直管b的長度各自獨立地為4-13 m，較佳5-12.0m，且相鄰兩個直管b之間的間距為100-700mm，較佳150-500mm，及/或，1個上述第一撤熱管的外輪廓總周長為0.5-17m，較佳2.5-11.3m，及/或，1個上述第二撤熱管的外輪廓總周長為0.5-17m，較佳2.5-11.3m。
6. 前述或後述任一態樣所述的撤熱管組，其特徵在於，上述撤熱段的長度L為4-12.5m，較佳5.5-11.5m，及/或，上述半徑R為5-29m，較佳7-20m，及/或，上述第一撤熱管的數目為1-4個或1個，及/或，上述第二撤熱管的數目為1-4個或1個，及/或，上述撤熱管組包括至少一對(較佳1-20對，更佳2-10對或2-5對)撤熱管，且每對上述撤熱管由上述至少1個第一撤熱管及上述至少1個第二撤熱管構成。
7. 前述或後述任一態樣所述的撤熱管組，其特徵在於，在相同的流化床反應器操作條件下，上述第一撤熱管(在存在多個時，為多個上述第一撤熱管合在一起)對上述流化床反應器的反應溫度的調節幅度與上述第二撤熱管(在存在多個時，為多個上述第二撤熱管合在一起)對上述流化床反應器的反應溫度的調節幅度的差異(絕對值)為0.1-1℃，較佳0.1-0.5℃，及/或，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第一撤熱管的冷卻水入口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水入口集管，及/或，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第一撤熱管的冷卻水出口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水出口集管，及/或，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第二撤熱管的冷卻水入口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水入口集管，及/或，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第二撤熱管的冷卻水出口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水出口集管。
8. 一種流化床反應器，其特徵在於，從頂至底順次包括封頭、稀相區、撤熱段、預反應段及錐體，其中在上述撤熱段中設置前述或後述任一態樣所述的撤熱管組。
9. 前述或後述任一態樣所述的流化床反應器的溫度控制方法，其特徵在於，包括在反應過程中，將上述第一撤熱管(在存在多個時，為多個上述第一撤熱管合在一起)切換至上述第二撤熱管(在存在多個時，為多個上述第二撤熱管合在一起)，以維持上述流化床反應器的反應溫度基本上恆定(較佳變化幅度的絕對值為0.1-1℃，較佳0.1-0.5℃)。
10. 一種不飽和腈的製造方法，包括在前述或後述任一態樣所述的流化床反應器中使烯烴(例如丙烯)發生胺氧化反應而生成不飽和腈(例如丙烯腈)的步驟。
11. 一種不飽和腈的製造方法，包括在流化床反應器中使烯烴(例如丙烯)發生胺氧化反應而生成不飽和腈(例如丙烯腈)的步驟，其中按照前述或後述任一態樣所述的溫度控制方法對上述流化床反應器進行溫度控制。
12. 前述或後述任一態樣所述的製造方法，其特徵在於，丙烯/氨氣/空氣(以分子氧計)的莫耳比為1:1.1-1.3:1.8-2.0，反應溫度為420-440℃，反應壓力(錶壓)為0.03-0.14 MPa，催化劑重時空速為0.04-0.15 h -1。
技術效果
根據本發明之撤熱管組，能夠補償不同位置處的不同撤熱管的撤熱量差異，由此在第一撤熱管及第二撤熱管按照成對方式聯動切換時，維持反應溫度基本上恆定。
根據本發明之撤熱管組及流化床反應器，可以提高裝置運作的穩定性。 具體實施方式
下面對本發明之具體實施方式進行詳細說明，但是需要指出的是，本發明之保護範圍不受此等具體實施方式的限制，而是由附錄的申請案專利範圍來確定。
本說明書提及之所有出版物、專利申請案、專利及其它參考文獻均引於此供參考。除非另有定義，本說明書所用的所有技術及科學術語均具有熟習此項技術者常規理解的含義。在有衝突的情況下，以本說明書的定義為準。
當本說明書以詞頭「熟習此項技術者熟知」、「先前技術」或其類似用語來導出材料、物質、方法、步驟、裝置或部件等時，該詞頭導出的對象涵蓋本申請案提出時本領域常規使用之彼等，但亦包括目前尚不常用，卻將變成此項技術熟知為適用於類似目的之彼等。
在本說明書的上下文中，所謂「基本上」係指允許存在對於熟習此項技術者而言可以接受或認為合理的偏差，例如偏差在±10%以內、±5%以內、±1%以內、±0.5%以內或者±0.1%以內。
在未明確指明的情況下，本說明書內所提及之所有百分數、份數、比率等均為以重量為基準的，而且壓力為錶壓。
在本說明書的上下文中，本發明之任何兩個或多個實施例均可以任意組合，由此而形成的技術方案屬於本說明書原始揭示內容的一部分，同時亦落入本發明之保護範圍。
根據本發明之一個實施例，係關於一種撤熱管組，特別是撤熱水管組。根據本發明，「撤熱管組」及「撤熱管」可以用於從進行放熱反應(或者反應的某些放熱階段)的反應器中移除多餘熱量，使反應維持在一定溫度範圍內。作為反應器的舉例，特別是流化床反應器，更特別是丙烯腈製造用流化床反應器。
根據本發明之一個實施例，上述撤熱管組被構造為設置在流化床反應器的撤熱段內。顯然，上述撤熱管同樣被構造為設置在流化床反應器的撤熱段內。具體而言，上述撤熱管的直管基本上均位於上述流化床反應器的密相區，用於將反應熱及時移出系統，維持系統的穩定運作。為此，在本說明書的上下文中，所謂「撤熱段」，係指上述流化床反應器中設置有撤熱管的區域，更特別係指上述撤熱管的直管在上述流化床反應器中所處的區域，更特別係指上述流化床反應器的密相區中設置有上述撤熱管的直管的區域。
根據先前技術，撤熱段內的撤熱管組一般按照圖2所示的排佈方式，即各個撤熱管以直線的方式排佈。在另一態樣中，如圖1所示，流化床反應器的撤熱段內亦包括旋風分離器的9的料腿等其他內構件。一般地，上述撤熱管包括冷卻水入口、直管及冷卻水出口、以及使此等管線流體連通的連接管。具體如圖1或圖4所示，每個撤熱管包括冷卻水入口3、冷卻水出口4、多個直管及用於使任意兩個相鄰的直管串聯且流體連通的連接管件。
根據本發明之一個實施例，上述撤熱管組包括至少1個第一撤熱管。在此，上述第一撤熱管包括n1(2＜n1＜30，較佳為2＜n1＜20，更佳為2＜n1＜10)個平行於上述流化床反應器的中心軸線方向延伸的直管a及n1-1個用於使相鄰兩個直管a串聯且流體連通的連接管件。
根據本發明之一個實施例，上述第一撤熱管的數目為1-4個或1個。
根據本發明之一個實施例，上述撤熱管組包括至少1個第二撤熱管，上述第二撤熱管包括n2(2＜n2＜30，較佳為2＜n2＜20，更佳為2＜n2＜10)個平行於上述流化床反應器的中心軸線方向延伸的直管b及n2-1個用於使相鄰兩個直管b串聯且流體連通的連接管件。
根據本發明之一個實施例，上述第二撤熱管的數目為1-4個或1個。
根據本發明之一個實施例，上述撤熱管組包括至少一對(較佳1-20對，更佳2-10對或2-5對)撤熱管，且每對上述撤熱管由上述至少1個第一撤熱管及上述至少1個第二撤熱管構成。換言之，根據本發明之該實施例，上述撤熱管組包括至少一個(較佳1-20個，更佳2-10個或2-5個)撤熱管對，每個上述撤熱管對由上述至少1個第一撤熱管及上述至少1個第二撤熱管構成。在本說明書下文的描述中，在未特別明確的情況下，第一撤熱管及第二撤熱管均係指同一個撤熱管對中的第一撤熱管及第二撤熱管。本發明不旨在限定在不同的撤熱管對中，一個撤熱管對中的第一撤熱管與另一個撤熱管對中的第二撤熱管之間的關係，或者一個撤熱管對中的第一撤熱管與另一個撤熱管對中的第一撤熱管之間的關係，或者一個撤熱管對中的第二撤熱管與另一個撤熱管對中的第一撤熱管之間的關係，或者一個撤熱管對中的第二撤熱管與另一個撤熱管對中的第二撤熱管之間的關係。
根據本發明，上述至少1個第一撤熱管及上述至少1個第二撤熱管不同時工作，而是根據生產操作需要切換工作，亦即上述至少1個第一撤熱管在進行撤熱操作時，上述至少1個第二撤熱管處於空閒狀態，而上述第一撤熱管與第二撤熱管，當藉由關閉反應器外部冷卻盤管與第一撤熱管之間的閥門，切斷第一撤熱管內冷卻劑的流通，使撤熱操作的第一撤熱管處於空閒狀態，同時打開反應器外部冷卻盤管與第二撤熱管之間的閥門，使冷卻劑在第二撤熱管流體流通，使空閒狀態的第二撤熱管處於撤熱操作狀態；與之相反，第一撤熱管與第二撤熱管同樣可以反向切換操作，當藉由打開反應器外部冷卻盤管與第一撤熱管之間的閥門，使第一撤熱管內冷卻劑的流體流通，使空閒狀態的第一撤熱管處於撤熱操作，同時關閉反應器外部冷卻盤管與第二撤熱管之間的閥門，切斷冷卻劑在第二撤熱管的流體流通，使撤熱操作的第二撤熱管處於空閒狀態。顯然，如前所述，上述至少1個第一撤熱管及上述至少1個第二撤熱管是同一個撤熱管對中的撤熱管。
根據本發明，在相同的流化床反應器操作條件下，上述第一撤熱管(在存在多個時，為多個上述第一撤熱管合在一起)對上述流化床反應器的反應溫度的調節幅度與上述第二撤熱管(在存在多個時，為多個上述第二撤熱管合在一起)對上述流化床反應器的反應溫度的調節幅度的差異(絕對值)為0.1-1℃，較佳0.1-0.5℃。藉由如此配製，本發明可以實現在同一個撤熱管對內切換撤熱管時，反應溫度的基本上恆定控制。
根據本發明之一個實施例，設上述撤熱段沿著上述流化床反應器中心軸線方向的長度為L(單位為m)，則在上述撤熱段的上述長度L的整個區域內沿著垂直於上述流化床反應器中心軸線的方向橫切時，獲得上述撤熱段的橫切面。在此，所謂撤熱段的橫切面，係指流化床反應器在撤熱段處的內輪廓的橫切面。作為上述區域，較佳在上述反應撤熱段中心點上下49%L的區域內，更佳在上述反應撤熱段中心點以上45%L以下38%L的區域內，更佳在上述反應撤熱段中心點以上40%L以下8%L的區域內。舉例而言，上述撤熱段的長度L為4-12.5m，較佳5.5-11.5m。
根據本發明之一個實施例，如圖3所示意，在上述撤熱段的橫切面內，上述第一撤熱管的全部直管a中的大於50%(較佳60%以上、更佳為70%以上)的直管a在上述流化床反應器的上述撤熱段的橫切面的中心部分範圍內，且上述第二撤熱管的全部直管b中的小於50%(較佳40%以下、更佳為30%以下)的直管b在上述橫切面的中心部分範圍內。例如，當第一撤熱管10具有8個直管時，5個以上的直管在上述橫切面的中心部分範圍，或者當第一撤熱管10具有7個直管時，4個以上的直管在上述橫切面的中心部分範圍。在另一態樣中，例如，當第二撤熱管20具有6個直管時，2個以下的直管在上述橫切面的中心部分範圍，或者當第二撤熱管20具有5個直管時，2個以下的直管在上述橫切面的中心部分範圍。
根據本發明，設如圖3所示的流化床反應器的撤熱段的圓形橫切面的半徑為R(單位為m)，則上述橫切面的中心部分係指距離該圓形橫切面的圓心一定距離以內的範圍(即圖3中的虛線以內的範圍)，而上述橫切面的外圍區域係指中心部分以外的區域(即圖3中的虛線至反應器壁1的範圍)。根據本發明之一個實施例，上述橫切面的中心部分係指距離橫切面的圓心3/4R以內的圓形區域，較佳為距離橫切面的圓心2/3R以內的圓形區域，更佳為距離橫切面的圓心1/2R以內的圓形區域，亦更佳為距離橫切面的圓心1/3R以內的圓形區域。舉例而言，上述半徑R為5-29m，較佳7-20m。
根據本發明之一個實施例，上述第二撤熱管(在存在多個時，為多個上述第二撤熱管合在一起)的全部直管b在上述橫切面上的外輪廓總周長Lb與上述第一撤熱管(在存在多個時，為多個上述第一撤熱管合在一起)的全部直管a在上述橫切面上的外輪廓總周長La之間的比值為大於1且小於1.25，較佳為大於1且小於等於1.15或者為1.01-1.10，或者大於1且小於等於1.12。在Lb/La大於1.25時，在第一撤熱管與第二撤熱管切換過程中，由於撤熱面積增加導致撤熱能力提高的幅度高於不同撤熱管熱量傳導能力差異導致撤熱能力幅度，即撤熱管組對無法滿足撤熱能力相當，造成反應溫度偏離設定溫度；同樣，在Lb/La小於1時，撤熱管組對內撤熱管切換時亦為無法滿足撤熱能力相當的要求。
根據本發明之一個實施例，1個上述第一撤熱管的外輪廓總周長為0.5-17m，較佳2.5-11.3m。
根據本發明之一個實施例，1個上述第二撤熱管的外輪廓總周長為0.5-17m，較佳2.5-11.3m。
根據本發明之一個實施例，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第一撤熱管的冷卻水入口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水入口集管。換言之，多個上述撤熱管(稱為支管)共用一個冷卻水入口。根據本發明，上述冷卻水入口集管穿過上述流化床反應器的器壁與外界的冷卻水提供源流體連通，由此藉由該冷卻水入口集管向各個支管供應冷卻水。
根據本發明之一個實施例，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第二撤熱管的冷卻水出口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水出口集管。換言之，多個上述撤熱管(稱為支管)共用一個冷卻水出口。根據本發明，上述冷卻水出口集管穿過上述流化床反應器的器壁與外界的冷卻水接受裝置流體連通，由此藉由該冷卻水出口集管從各個支管向外界輸送撤熱之後的冷卻水(一般亦包含蒸汽)。
根據本發明之一個實施例，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第二撤熱管的冷卻水入口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水入口集管。換言之，多個上述撤熱管(稱為支管)共用一個冷卻水入口。根據本發明，上述冷卻水入口集管穿過上述流化床反應器的器壁與外界的冷卻水提供源流體連通，由此藉由該冷卻水入口集管向各個支管供應冷卻水。
根據本發明之一個實施例，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第二撤熱管的冷卻水出口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水出口集管。換言之，多個上述撤熱管(稱為支管)共用一個冷卻水出口。根據本發明，上述冷卻水出口集管穿過上述流化床反應器的器壁與外界的冷卻水接受裝置流體連通，由此藉由該冷卻水出口集管從各個支管向外界輸送撤熱之後的冷卻水(一般亦包含蒸汽)。
圖4及圖5是本發明之撤熱管集管的佈置示意圖。從圖中可以看到，多個撤熱管的冷卻水出/入口彙總為一個集管。
根據本發明之一個實施例，上述集管(例如上述冷卻水入口集管或上述冷卻水出口集管)的橫截面積與其所對應的上述多個支管(一般以上述多個支管的冷卻水入口或冷卻水出口為計)的橫截面積之和的比值是0.5-1，較佳為0.55-0.95，更佳為0.6-0.9。
根據本發明之一個實施例，滿足|n1-n2|＜5(較佳|n1-n2|＜3)。一個撤熱管外輪廓周長為其n個撤熱直管外輪廓周長之和或者外輪廓周長直接用n*3.14*D表示(D為撤熱直管的平均外徑)，通常情況直管數越多，外輪廓周長亦越長，在裝置運作過程中，其撤熱能力亦越強；因此，對於撤熱管組，|n1-n2|過大，即意謂第一撤熱管與第二撤熱管外輪廓周長相差的越大，容易導致撤熱管對切換時反應溫度的偏移，亦或者可以藉由設置不同的管外徑，|n1-n2|過大，第一撤熱管與第二撤熱管管外徑相差亦會大，顯然此為不合理的，亦為不經濟。
根據本發明之一個實施例，上述直管a的外徑(單位為mm)與上述直管b的外徑(單位為mm)之比為1-1.6，較佳為1-1.4。
根據本發明之一個實施例，上述直管b的外徑(單位為mm)與上述直管a的外徑(單位為mm)之比為1-1.6，較佳為1-1.4。
根據本發明之一個實施例，上述直管a的外徑各自獨立地為80-180mm，較佳90-170mm，上述直管a的長度可以相同亦可以不同，上述直管a的長度各自獨立地為4-13 m，較佳5-12.0m，且相鄰兩個直管a之間的間距為100-700mm，較佳150-500mm。
根據本發明之一個實施例，上述直管b的外徑各自獨立地為80-180mm，較佳90-170mm，上述直管b的長度可以相同亦可以不同，上述直管b的長度各自獨立地為4-13 m，較佳5-12.0m，且相鄰兩個直管b之間的間距為100-700mm，較佳150-500mm。
根據本發明之一個實施例，亦係關於一種撤熱管組，其特徵在於，上述撤熱管組設置在流化床反應器的撤熱段內，上述撤熱段設置於上述流化床反應器的流化床層內，上述撤熱管組包括：至少1個第一撤熱管，該第一撤熱管包括n1(2＜n1＜30，較佳為2＜n1＜20，更佳為2＜n1＜10)個平行於上述流化床反應器的中心軸線方向延伸的直管a及n1-1個用於使上述n1個直管串聯且流體連通的連接管件；及至少1個第二撤熱管，該第二撤熱管包括n2(2＜n1＜30，較佳為2＜n1＜20，更佳為2＜n1＜10)個平行於上述流化床反應器的中心軸線方向延伸的直管b及n2-1個用於使上述n2個直管串聯且流體連通的連接管件，其中，在上述撤熱段的任意位置處沿著垂直於上述流化床反應器中心軸線的方向橫切所獲得的橫切面內，上述第一撤熱管的全部直管a中的大於50%(較佳60%以上、更佳為70%以上)的直管a在上述流化床反應器的上述撤熱段的橫切面的中心部分範圍內，且上述第二撤熱管的全部直管b中的小於50%(較佳40%以下、更佳為30%以下)的直管b在上述橫切面的中心部分範圍內，且其中，上述第二撤熱管的全部直管b的外輪廓總周長Lb與上述第一撤熱管的全部直管a的外輪廓總周長La之間的比值為大於1且小於等於1.1或者大於1且小於等於1.12。
根據本發明之一個實施例，亦係關於一種流化床反應器。上述流化床反應器從頂至底順次包括封頭、稀相區、撤熱段、預反應段及錐體，其中在上述撤熱段中設置本說明書前文或後文任一態樣所述的撤熱管組。
根據本發明之一個實施例，亦係關於一種流化床反應器的溫度控制方法。在此，上述流化床反應器較佳是本說明書前文所述的流化床反應器。
根據本發明之一個實施例，上述控制方法包括在反應過程中，將上述第一撤熱管(在存在多個時，為多個上述第一撤熱管合在一起)切換至上述第二撤熱管(在存在多個時，為多個上述第二撤熱管合在一起)，以維持上述流化床反應器的反應溫度基本上恆定，較佳變化幅度的絕對值為0.1-1℃，較佳0.1-0.5℃。
根據本發明之一個實施例，亦係關於一種不飽和腈的製造方法，包括在流化床反應器中使烯烴(例如丙烯)發生胺氧化反應而生成不飽和腈(例如丙烯腈)的步驟。在此，上述流化床反應器較佳是本說明書前文所述的流化床反應器。
根據本發明之一個實施例，亦係關於一種不飽和腈的製造方法，包括在流化床反應器中使烯烴(例如丙烯)發生胺氧化反應而生成不飽和腈(例如丙烯腈)的步驟。在此，可以按照本說明書前文所述的溫度控制方法對上述流化床反應器進行溫度控制，以維持上述流化床反應器的反應溫度基本上恆定。
根據本發明之一個實施例，上述胺氧化反應可以按照本領域常規已知的任何方式及任何方法進行，此等信息對於熟習此項技術者而言是已知的，本文在此不再贅述。雖然如此，作為上述胺氧化反應的操作條件，具體例如可以舉出丙烯/氨氣/空氣(以分子氧計)的莫耳比一般為1:1.1-1.3:1.8-2.0，反應溫度一般為420-440℃，反應壓力(錶壓)一般為0.03-0.14 MPa，催化劑重時空速一般為0.04-0.15 h -1。
實例以下將藉由實例及比較例對本發明進行進一步的詳細描述，但本發明不限於以下實例。
在以下的實例及比較例中，丙烯腈收率及丙烯轉化率可按以下公式計算： 丙烯腈收率：AN%=C AN/ΣC*100 丙烯轉化率：Cc 3%=(1-Cc 3 出/Cc 3 進)*100 其中： C AN:反應器出口氣體中AN含的碳莫耳數 (mol) ΣC: 反應器出口氣體碳莫耳總數      (mol) Cc 3 出:反應器出口氣體中C 3含的碳莫耳數(mol) Cc 3 出:反應器進口氣體中C 3含的碳莫耳數(mol)。
實例1 流化床反應器直徑為9公尺，裝填180噸牌號為中國石化上海石油化工研究院SANC系列丙烯腈催化劑，內設高度相同的直管共584個，共分為56個撤熱管。共有4組撤熱管對，每組撤熱管對中1個撤熱管為由7個直管b串聯組成的第二撤熱管，該第二撤熱管的5個直管b位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍之外。另一個撤熱管為由8個直管a串聯組成的第一撤熱管，該第一撤熱管的5個直管b位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍內。支管b的外徑與支管a的外徑之比為1.3，且構成第二撤熱管的全部直管b的外輪廓總周長與構成第一撤熱管的直管a的外輪廓總周長之比為1.12。
在丙烯進料量為11800NM 3/h，反應溫度為430℃，反應壓力為0.04Mpa，丙烯:氨:空氣為1:1.2:9.6條件下，藉由撤熱管組的第一撤熱管與第二撤熱管之間的切換，反應溫度波動幅度為0.8℃。
實例2 流化床反應器直徑為9公尺，裝填180噸牌號為中國石化上海石油化工研究院SANC系列丙烯腈催化劑，內設高度相同的直管共584個，共分為56個撤熱管。共有5組撤熱管對，每組撤熱管對中其中一個撤熱管為由10個直管b串聯組成的第二撤熱管，該第二撤熱管的8個直管b位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍之外。另一個撤熱管為由12個直管a串聯組成的第一撤熱管，該第一撤熱管的6個直管a位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍內。支管b的外徑與支管a的外徑之比為1.25，且構成第二撤熱管的全部直管的外輪廓總周長與構成第一撤熱管的直管的外輪廓總周長之比為1.05。
在丙烯進料量為11800NM 3/h，反應溫度為430℃，反應壓力為0.04Mpa，丙烯:氨:空氣為1:1.2:9.6條件下，藉由撤熱管組的第一撤熱管與第二撤熱管之間的切換，反應溫度波動幅度為0.4℃。
實例3 流化床反應器直徑為9公尺，裝填180噸牌號為中國石化上海石油化工研究院SANC系列丙烯腈催化劑，內設高度相同的直管共584個，共分為56個撤熱管。共有4組撤熱管對，其中一個撤熱管由10個直管a串聯組成的第一撤熱管，該第一撤熱管共8個直管a位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍內；另一個撤熱管是由6個直管b串聯及由7個直管b串聯組成的第二撤熱管，該第二撤熱管的8個直管b位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍之外。支管a的外徑與支管b的外徑之比為1.28，且構成第二撤熱管的全部直管的外輪廓總周長與構成第一撤熱管的直管的外輪廓總周長之比為1.02。
在丙烯進料量為11800NM 3/h，反應溫度為430℃，反應壓力為0.04Mpa，丙烯:氨:空氣為1:1.2:9.6條件下，藉由撤熱管組的第一撤熱管與第二撤熱管之間的切換，反應溫度波動幅度為0.3℃。
實例4 流化床反應器直徑為9公尺，裝填180噸牌號為中國石化上海石油化工研究院SANC系列丙烯腈催化劑，內設高度相同的直管共732個，共分為70個撤熱管。共有5組撤熱管對，其中2組撤熱管對是由一個撤熱管由10個直管b串聯及由9個直管b串聯組成的第二撤熱管，該第二撤熱管共15個直管a位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍之外；另一個撤熱管是由10個直管a串聯及由8個直管a串聯組成的第一撤熱管，該第一撤熱管的15個直管a位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍內。支管a的外徑與支管b的外徑之比為1，且構成第二撤熱管的全部直管的外輪廓總周長與構成第一撤熱管的直管的外輪廓總周長之比為1.05。
在丙烯進料量為11800NM 3/h，反應溫度為430℃，反應壓力為0.04Mpa，丙烯:氨:空氣為1:1.2:9.6條件下，藉由撤熱管組的第一撤熱管與第二撤熱管之間的切換，反應溫度波動幅度為0.3℃。
實例5 流化床反應器直徑為9公尺，裝填180噸牌號為中國石化上海石油化工研究院SANC系列丙烯腈催化劑，內設高度相同的直管共732個，共分為70個撤熱管。共有5組撤熱管對，其中1組撤熱管對是由一個撤熱管由10個直管b串聯及由12個直管b串聯組成的第二撤熱管，該第二撤熱管共18個直管a位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍之外；另一個撤熱管是由8個直管a串聯及由8個直管a串聯組成的第一撤熱管，該第一撤熱管的15個直管a位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍內。支管a的外徑與支管b的外徑之比為1.28，且構成第二撤熱管的全部直管的外輪廓總周長與構成第一撤熱管的直管的外輪廓總周長之比為1.07。
在丙烯進料量為11800NM 3/h，反應溫度為430℃，反應壓力為0.04Mpa，丙烯:氨:空氣為1:1.2:9.6條件下，藉由撤熱管組的第一撤熱管與第二撤熱管之間的切換，反應溫度波動幅度為0.5℃。
實例6 流化床反應器直徑為9公尺，裝填180噸牌號為中國石化上海石油化工研究院SANC系列丙烯腈催化劑，內設高度相同的直管共680個，共分為56個撤熱管。共有2組撤熱管對，其中一個撤熱管由9個直管b串聯組成的第二撤熱管，該第二撤熱管共6個直管b位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍之外；另一個撤熱管是由10個直管a串聯組成的第一撤熱管，該第一撤熱管的8個直管a位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍內。支管b的外徑與支管a的外徑之比為1.17，且構成第二撤熱管的全部直管的外輪廓總周長與構成第一撤熱管的直管的外輪廓總周長之比為1.05。
在丙烯進料量為11800NM 3/h，反應溫度為430℃，反應壓力為0.04Mpa，丙烯:氨:空氣為1:1.2:9.6條件下，藉由撤熱管組的第一撤熱管與第二撤熱管之間的切換，反應溫度波動幅度為0.4℃。
實例7 流化床反應器直徑為9公尺，裝填180噸牌號為中國石化上海石油化工研究院SANC系列丙烯腈催化劑，內設高度相同的直管共732個，分為70個撤熱管，有4組是由3個撤熱管組並聯連接，為2組撤熱管對，其中一個撤熱管由12個直管b串聯、10個直管b串聯及10個直管b串聯組成的第二撤熱管，該第二撤熱管共22個直管b位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍之外；另一個撤熱管由12個直管a串聯、12個直管a串聯及7個直管a串聯組成的第一撤熱管，該第一撤熱管的18個直管b位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍內。撤熱管外徑為89mm，支管a與支管b的外徑之比為1，且構成第二撤熱管的全部直管的外輪廓總周長與構成第一撤熱管的直管的外輪廓總周長之比為1.03。撤熱管入口集管外徑為140mm，撤熱管出口集管外徑為150mm，入口集管截面積與撤熱支管橫截面積之和比值為0.82，出口集管截面積與撤熱支管橫截面積之和比值為0.95。
在丙烯進料量為11800NM 3/h，此時的滿負荷丙烯處理量為349kg丙烯/m 2/小時，反應溫度為430℃，反應壓力為0.04Mpa，丙烯:氨:空氣為1:1.2:9.6條件下，藉由撤熱管組的第一撤熱管與第二撤熱管之間的切換，反應溫度波動幅度為0.5℃。
比較例1 流化床反應器直徑為9公尺，裝填180噸牌號為中國石化上海石油化工研究院SANC系列丙烯腈催化劑，內設高度相同的直管共416個，分為44個撤熱管。其中1個撤熱管為由6個直管a串聯組成的第一撤熱管，該第一撤熱管的4個直管a位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的3/4半徑(2/3R)的範圍內。1個撤熱管為由6個直管b組成的第二撤熱管，該第二撤熱管的4個直管b位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的3/4R的範圍之外。支管a的外徑與支管b的外徑之比為1，且構成第一撤熱管的全部直管a的外輪廓總周長與構成第二撤熱管的直管b的外輪廓總周長之比為1:1。
在丙烯進料量為7700NM 3/h，反應溫度為430℃，反應壓力為0.04Mpa，丙烯:氨:空氣為1:1.2:9.6條件下，藉由撤熱管組的第一撤熱管與第二撤熱管之間的切換，反應溫度波動幅度為1.5℃。
比較例2 流化床反應器直徑為9公尺，裝填180噸牌號為中國石化上海石油化工研究院SANC系列丙烯腈催化劑，內設高度相同的直管共584個，共分為56個撤熱管。其中1個撤熱管為由11個直管b串聯組成的第二撤熱管，該第二撤熱管的8個直管b位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍之外。另一個撤熱管為由10個直管a串聯組成的第一撤熱管，該第一撤熱管的5個直管a位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍內。支管a的外徑與支管b的外徑之比為1.28，且構成第二撤熱管的全部直管的外輪廓總周長與構成第一撤熱管的直管的外輪廓總周長之比為0.86。
在丙烯進料量為11800NM 3/h，反應溫度為430℃，反應壓力為0.04Mpa，丙烯:氨:空氣為1:1.2:9.6條件下，藉由撤熱管組的第一撤熱管與第二撤熱管之間的切換，反應溫度波動幅度為1.8℃。
比較例3 流化床反應器直徑為9公尺，裝填180噸牌號為中國石化上海石油化工研究院SANC系列丙烯腈催化劑，內設高度相同的直管共584個，共分為56個撤熱管。其中1個撤熱管為由7個直管a串聯組成的第一撤熱管，該第一撤熱管的4個直管a位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍內。另一個撤熱管為由9個直管b串聯組成的第二撤熱管，該第二撤熱管的5個直管b位於反應器撤熱段橫截面中距離圓心的2/3R的範圍之外。支管b的外徑與支管a的外徑之比為1，且構成第二撤熱管的全部直管的外輪廓總周長與構成第一撤熱管的直管的外輪廓總周長之比為1.29。
在丙烯進料量為11800NM 3/h，反應溫度為430℃，反應壓力為0.04Mpa，丙烯:氨:空氣為1:1.2:9.6條件下，藉由撤熱管組的第一撤熱管與第二撤熱管之間的切換，反應溫度波動幅度為1.6℃。
1:流化床反應器器壁 2:流化床反應器的撤熱管 3:撤熱管的冷卻水入口 4:撤熱管的冷卻水出口 5:撤熱管的直管 6:撤熱管的連接管件 7:含氧氣體分佈板 8:丙烯胺分佈器 9:高效旋風分離器 10:第一撤熱管 20:第二撤熱管
圖1是先前技術的流化床反應器的正視示意圖。 圖2是先前技術的流化床反應撤熱管組的俯視示意圖。 圖3是本發明之撤熱管組示意圖。 圖4及圖5是本發明之撤熱管集管示意圖。
1:流化床反應器器壁
10:第一撤熱管
20:第二撤熱管

Claims (12)

  1. 一種撤熱管組(特別是撤熱水管組)，其特徵在於，上述撤熱管組被構造為設置在流化床反應器的撤熱段內，上述撤熱段設置於上述流化床反應器的流化床層內，上述撤熱管組包括： 至少1個第一撤熱管，上述第一撤熱管包括n1(2＜n1＜30，較佳為2＜n1＜20，更佳為2＜n1＜10)個平行於上述流化床反應器的中心軸線方向延伸的直管a及n1-1個用於使相鄰兩個直管a串聯且流體連通的連接管件；及 至少1個第二撤熱管，上述第二撤熱管包括n2(2＜n2＜30，較佳為2＜n2＜20，更佳為2＜n2＜10)個平行於上述流化床反應器的中心軸線方向延伸的直管b及n2-1個用於使相鄰兩個直管b串聯且流體連通的連接管件， 其中，在上述撤熱段的任意位置處(設上述撤熱段沿著上述流化床反應器中心軸線方向的長度為L(單位為m)，較佳在上述撤熱段的上述長度L的整個區域內，更佳在上述反應撤熱段中心點上下49%L的區域內，更佳在上述反應撤熱段中心點以上45%L以下38%L的區域內，更佳在上述反應撤熱段中心點以上40%L以下8%L的區域內)沿著垂直於上述流化床反應器中心軸線的方向橫切所獲得的橫切面內，上述第一撤熱管的全部直管a中的大於50%(較佳60%以上、更佳為70%以上)的直管a在上述流化床反應器的上述撤熱段的橫切面的中心部分範圍內，且上述第二撤熱管的全部直管b中的小於50%(較佳40%以下、更佳為30%以下)的直管b在上述橫切面的中心部分範圍內，且 其中，上述第二撤熱管(在存在多個時，為多個上述第二撤熱管合在一起)的全部直管b在上述橫切面上的外輪廓總周長Lb與上述第一撤熱管(在存在多個時，為多個上述第一撤熱管合在一起)的全部直管a在上述橫切面上的外輪廓總周長La之間的比值為大於1且小於1.25(較佳為大於1且小於等於1.15或者為1.01-1.10)或者大於1且小於等於1.12。
  2. 如請求項1之撤熱管組，其中滿足|n1-n2|＜5(較佳|n1-n2|＜3)。
  3. 如請求項1之撤熱管組，其中設上述橫切面的半徑為R(單位為m)，則上述中心部分範圍為距上述橫切面的圓心3/4R範圍內(較佳為2/3R範圍內，更佳為1/2R範圍內，亦更佳為1/3R範圍內)。
  4. 如請求項1之撤熱管組，其中上述直管a的外徑(單位為mm)與上述直管b的外徑(單位為mm)之比為1-1.6，較佳為1-1.4；或者，上述直管b的外徑(單位為mm)與上述直管a的外徑(單位為mm)之比為1-1.6，較佳為1-1.4。
  5. 如請求項1之撤熱管組，其中上述直管a的外徑各自獨立地為80-180mm，較佳90-170mm，上述直管a的長度各自獨立地為4-13 m，較佳5-12.0m，且相鄰兩個直管a之間的間距為100-700mm，較佳150-500mm，及/或，上述直管b的外徑各自獨立地為80-180mm，較佳90-170mm，上述直管b的長度各自獨立地為4-13 m，較佳5-12.0m，且相鄰兩個直管b之間的間距為100-700mm，較佳150-500mm，及/或，1個上述第一撤熱管的外輪廓總周長為0.5-17m，較佳2.5-11.3m，及/或，1個上述第二撤熱管的外輪廓總周長為0.5-17m，較佳2.5-11.3m。
  6. 如請求項1之撤熱管組，其中上述撤熱段的長度L為4-12.5m，較佳5.5-11.5m，及/或，上述半徑R為5-29m，較佳7-20m，及/或，上述第一撤熱管的數目為1-4個或1個，及/或，上述第二撤熱管的數目為1-4個或1個，及/或，上述撤熱管組包括至少一對(較佳1-20對，更佳2-10對或2-5對)撤熱管，且每對上述撤熱管由上述至少1個第一撤熱管及上述至少1個第二撤熱管構成。
  7. 如請求項1之撤熱管組，其中在相同的流化床反應器操作條件下，上述第一撤熱管(在存在多個時，為多個上述第一撤熱管合在一起)對上述流化床反應器的反應溫度的調節幅度與上述第二撤熱管(在存在多個時，為多個上述第二撤熱管合在一起)對上述流化床反應器的反應溫度的調節幅度的差異(絕對值)為0.1-1℃，較佳0.1-0.5℃，及/或，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第一撤熱管的冷卻水入口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水入口集管，及/或，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第一撤熱管的冷卻水出口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水出口集管，及/或，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第二撤熱管的冷卻水入口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水入口集管，及/或，在存在多個時，至少2個(較佳全部)上述第二撤熱管的冷卻水出口在上述撤熱段內合併成一個冷卻水出口集管。
  8. 一種流化床反應器，其特徵在於，從頂至底順次包括封頭、稀相區、撤熱段、預反應段及錐體，其中在上述撤熱段中設置如請求項1之撤熱管組。
  9. 一種如請求項8之流化床反應器的溫度控制方法，其特徵在於，包括在反應過程中，將上述第一撤熱管(在存在多個時，為多個上述第一撤熱管合在一起)切換至上述第二撤熱管(在存在多個時，為多個上述第二撤熱管合在一起)，以維持上述流化床反應器的反應溫度基本上恆定(較佳變化幅度的絕對值為0.1-1℃，較佳0.1-0.5℃)。
  10. 一種不飽和腈的製造方法，其包括在如請求項8之流化床反應器中使烯烴(例如丙烯)發生胺氧化反應而生成不飽和腈(例如丙烯腈)的步驟。
  11. 一種不飽和腈的製造方法，其包括在流化床反應器中使烯烴(例如丙烯)發生胺氧化反應而生成不飽和腈(例如丙烯腈)的步驟，其中按照如請求項9之溫度控制方法對上述流化床反應器進行溫度控制。
  12. 如請求項10或11之製造方法，其中丙烯/氨氣/空氣(以分子氧計)的莫耳比為1:1.1-1.3:1.8-2.0，反應溫度為420-440℃，反應壓力(錶壓)為0.03-0.14 MPa，催化劑重時空速為0.04-0.15 h -1。
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