TWI676613B - 用於氨氧化反應器的進料分佈器設計 - Google Patents

用於氨氧化反應器的進料分佈器設計 Download PDF

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Abstract

通過使用氣密性快速斷開配件將分佈器的各個部段附連到彼此以及反應器的壁來方便更換在商用氨氧化反應器中使用的進料分佈器的不同部段。此外，在這些分佈器部段中支管管道的直徑以及附連到這些支管的進料噴嘴的直徑被改變以有利於通過這些部件的進料氣體的均勻流動。分佈器可被細分成佈置用於更好的反應器控制的多個進料分佈器部段。最後，端接於分佈器支管管道的遠端的端蓋可設有噴嘴，以用於去除可能非故意地到達分佈器內部的任何氨氧化催化劑。

Description

用於氨氧化反應器的進料分佈器設計 發明領域
本發明係有關於用於氨氧化反應器的進料分佈器設計。
發明背景
在丙烯腈的商業製造中，丙烯、氨和氧按照以下反應圖式一起反應：CH2=CH-CH3+NH3+3/2 O2 → CH2=CH-CN+3 H2O通常稱為氨氧化的這個過程在合適的流化床氨氧化催化劑的存在下在高溫下以氣相進行。
圖1示出了用來進行該過程的典型的氨氧化反應器。如該圖所示，反應器10包括反應器壁12、空氣格柵14、進料分佈器(sparger)16、冷卻盤管18和旋流器(cyclone)20。在正常操作期間，工藝空氣通過空氣入口22充入反應器10中，而丙烯和氨的混合物通過進料分佈器16充入反應器10中。兩者的流量都足夠高，以使反應器內部的氨氧化催化劑的床24流化，在其中發生丙烯和氨向丙烯腈的催化氨氧化。
由反應產生的產物氣體通過反應器流出物出口26離開反應器10。在這樣做之前，產物氣體穿過旋流器20，旋流器20去除這些氣體可夾帶的任何氨氧化催化劑，以通過料腿(diplegs)25返回到催化劑床24。氨氧化是高度放熱的，因此使用冷卻盤管18來帶走過量的熱量，從而將反應溫度保持在適當水準。
丙烯和氨可與氧形成爆炸性混合物。然而，在正常操作溫度下，在反應器10內部由流化的氨化作用催化劑來防止爆炸，該催化劑在爆炸可發生之前優先催化氨氧化反應。相應地，反應器10被設計和操作成使得在正常操作期間允許工藝空氣接觸丙烯和氨的唯一地方是在氨氧化催化劑24的流化床內，且因此僅在催化劑的溫度高至足以催化氨氧化反應時。
為此，將丙烯和氨進料到反應器10的傳統方式使用諸如在U.S.5,256,810中所示的進料分佈器系統16，該專利的公開內容以引用方式併入本文中。如‘810專利的圖1和圖2(這兩幅圖被重新編號為本文獻的圖2和圖3)中所示，進料分佈器16採取一系列供應管或管道的形式，其包括主集管30和支管(lateral)32，支管32附連到集管30且從集管30分出。一系列面向下的進料噴嘴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應器操作期間通過進料噴嘴34充入。支管32和進料噴嘴34的數目和間距使得橫跨反應器10的整個橫截面積大致均勻地定位有每平方米總共約10至30個進料噴嘴。
通常，每個進料噴嘴34都被進料護罩36包圍，進料護罩36採取管道的短部段的形式，該管道的內徑為噴嘴34的直徑的若干倍。進料護罩34使得穿出噴嘴10的氣體的速度能夠在離開進入催化劑床24之前顯著減慢，這防止了本來可發生的催化劑的崩解。
工藝空氣通常在穿過空氣格柵14之後進入催化劑床24(圖1)，空氣格柵14位於進料分佈器16下方。如熟知的，空氣格柵14通常採取連續的金屬片材的形式，其限定在其中的一系列空氣孔或噴嘴。空氣噴嘴的直徑、穿過空氣格柵14的工藝空氣的質量流量和穿過進料分佈器16的丙烯/氨混合物的質量流量經選擇，使得催化劑床24中的氨氧化催化劑在正常操作期間被這些氣體完全流化。
空氣噴嘴通常設有其自己的保護性空氣護罩(未示出)，該護罩通常位於空氣格柵14下方。此外，在許多情況下，進料噴嘴34與空氣格柵14中的空氣噴嘴以一對一關係設置，其中每個進料護罩36直接對準其對應的空氣噴嘴以促進穿出這兩種不同的噴嘴的氣體的快速且充分的混合。參見U.S.4,801,731。
雖然這種一般類型的丙烯/氨進料系統效果良好，但其的確存在某些缺點。例如，由於在高溫下持續暴露於氨，形成進料分佈器16的金屬隨時間推移而經歷氮化。結果，進料分佈器16的各個部段和有時整個進料分佈器需要被不時更換。這可是成本非常高的，特別是由於在進行更換時反應器必須完全停機。
與這種丙烯/氨進料系統相關聯的第二個問題是運行的不均勻性。這不僅不利地影響系統的生產率，而且還導致了不均勻氮化，這進一步加重了氮化問題。
發明概要
根據本發明，提供了一種新的進料分佈器設計，其顯著減少了這些問題，並且在一些情況下大致完全消除了問題。
根據該新分佈器設計的一個特徵，使用氣密性快速斷開配件將分佈器的主集管管道附連到主集管管道所穿過的反應器的壁，或者將形成進料分佈器的各種管道連接到彼此，或者兩者。由於該特徵，當更換由於過度氮化而變得必要時，更換一些或所有進料分佈器所需的時間和勞動顯著減少。
根據該新分佈器設計的另一個特徵，隨著從進料分佈器的入口到每個進料噴嘴的行進路徑增加，進料噴嘴34的相對直徑略微增加。由於該特徵，穿過每個進料噴嘴的含氨進料混合物的質量流量變得在進料噴嘴之間更接近均勻。這又導致反應器內部在區域之間更接近均勻的操作，這使得生產率能夠最大化。該特徵還通過確保正確流量的氣體始終流過分佈器進料噴嘴來最小化催化劑倒流(back up)，即，在啟動、停機和甚至正常操作期間催化劑對進料分佈器的污染。
根據該新分佈器設計的又一個特徵，支管32的直 徑從其近端到其遠端(即，從其連接到主集管管道的端部到其遠離主集管管道的端部)減小。由於該特徵，流過這些支管的含氨進料混合物的速度沿支管的整個長度且尤其在其遠端處保持足夠高，以將可存在的任何氨氧化催化劑吹掃到下一進料噴嘴34，以便通過該進料噴嘴從支管內部排放。
根據該新設計的又一個特徵，進料分佈器16被細分成多個進料分佈器部段，每個部段具有其自己的入口埠以用於從反應器外部接收含氨進料。由於該特徵，可實現對反應器在區域間的更好控制，因為單獨的控制系統可用來單獨地監測和控制每個進料分佈器部段中的操作。
因此，本發明在一個實施例中提供了一種改進的分佈器，用於在從氨氧化反應器外部通過反應器的反應器壁且向反應器內部的氨氧化催化劑的流化床內供應含氨進料混合物中使用，該改進的分佈器包括：主集管管道；分佈器入口，其與主集管管道流體連通，該分佈器入口剛性地附連到反應器壁；以及多個支路分佈器管道，其與主集管分佈器管道流體連通，該支路分佈器管道限定進料噴嘴以用於將丙烯/氨進料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中，其中分佈器入口借助於氣密性快速斷開配件剛性地附連到反應器壁。
在另一個實施例中，本發明提供了一種改進的分佈器，用於在從氨氧化反應器外部通過反應器的反應器壁且向反應器內部的氨氧化催化劑的流化床內供應含氨進料混合物中使用，該改進的分佈器包括：主集管管道；分佈 器入口，其與主集管管道流體連通；以及多個支路分佈器管道，其與主集管分佈器管道流體連通，該支路分佈器管道限定進料噴嘴以用於將含氨進料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中，其中支路分佈器管道中的至少一些通過相應的氣密性快速斷開配件附連到主集管管道。
在又一個實施例中，本發明提供了一種改進的分佈器，用於在從氨氧化反應器外部通過反應器的反應器壁且向反應器內部的氨氧化催化劑的流化床內供應含氨進料混合物中使用，該改進的分佈器包括：主集管管道；分佈器入口，其與主集管管道流體連通；以及多個支路分佈器管道，其與主集管分佈器管道流體連通，每個支路分佈器管道限定進料噴嘴以用於將含氨進料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中，其中進料噴嘴具有至少兩種不同的尺寸，其中較小的進料噴嘴位於更靠近分佈器入口處，並且較大的噴嘴位於更遠離分佈器入口處，取決於丙烯/氨進料混合物從分佈器入口行進通過分佈器到每個噴嘴的距離。
在又一個實施例中，本發明提供了一種改進的分佈器，用於在從氨氧化反應器外部通過反應器的反應器壁且向反應器內部的氨氧化催化劑的流化床內供應氨進料混合物中使用，該改進的分佈器包括：主集管管道；分佈器入口，其與主集管管道流體連通；以及多個支路分佈器管道，每個支路分佈器管道具有與主集管管道流體連通的近端和遠離主集管管道的遠端，每個支路分佈器管道還限定用於將含氨進料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中的進 料噴嘴，其中支路分佈器管道中的至少一些的直徑從其近端到其遠端減小。
在又一個實施例中，本發明提供了一種改進的分佈器，用於在從氨氧化反應器外部通過反應器的反應器壁且向反應器內部的氨氧化催化劑的流化床內供應含氨進料混合物中使用，該改進的分佈器包括：主集管管道；分佈器入口，其與主集管管道流體連通；以及多個支路分佈器管道，其與主集管分佈器管道流體連通，該支路分佈器管道限定進料噴嘴以用於將含氨進料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中，其中改進的分佈器由佈置在反應器內部的多個進料分佈器部段構成，每個進料分佈器部段具有其自己的分佈器入口，以用於從反應器外部、其自己的主集管管道和其自己的支路分佈器管道的系統接收含氨進料。
3‧‧‧橫截線
10‧‧‧反應器/噴嘴
12‧‧‧反應器壁/反應器外殼
14‧‧‧空氣格柵
16‧‧‧進料分佈器(sparger)/進料分佈器系統
18‧‧‧冷卻盤管
20‧‧‧旋流器(cyclone)
22‧‧‧空氣入口
24‧‧‧催化劑床
25‧‧‧料腿(diplegs)
26‧‧‧流出物出口
30‧‧‧集管/主集管管道
31、110、112、114、116‧‧‧分佈器入口
32‧‧‧支管(lateral)/支管管道
34‧‧‧進料噴嘴
36‧‧‧進料護罩
37‧‧‧近端
39‧‧‧遠端
40‧‧‧反應器壁
42‧‧‧檢修孔
44‧‧‧圓柱形套筒
46‧‧‧周邊
48‧‧‧永久性開口
50‧‧‧凸緣
52‧‧‧螺栓
54‧‧‧箍
56‧‧‧通孔
60‧‧‧聯接件
62‧‧‧夾具組件
64、66‧‧‧轂
68、70‧‧‧端部
72‧‧‧集管接頭
73‧‧‧螺栓
90‧‧‧端蓋
100、102、104、106‧‧‧分佈器部段
120、122、124、126‧‧‧控制閥
通過參照以下附圖可更好地理解本發明，在附圖中：圖1是示意圖，其示出了用於製備丙烯腈的常規氨氧化反應器的反應器部段；圖2是平面圖，其示出了圖1的氨氧化反應器的常規分佈器系統的下側；圖3是沿圖2的線3-3截取的剖視圖，圖3示出了圖2的常規分佈器系統的進料噴嘴和相關聯的進料護罩；圖4是剖視圖，示出了商用氨氧化反應器的進料分佈器的主集管管道穿透且連接到反應器的側壁的方式； 圖5是類似於圖4的剖視圖，示出了本發明的一個特徵，其中進料分佈器的主集管管道穿透且借助於氣密性快速斷開聯接件連接到反應器的側壁；圖6是圖5的氣密性快速斷開聯接件的側視圖；圖7是類似於圖2的剖視圖，示出了本發明的另一個特徵，其中分佈器支管管道借助於氣密性快速斷開聯接件連接到分佈器的主集管管道；圖8是平面圖，更詳細地示出了圖7的氣密性快速斷開聯接件；圖9A和圖9B是根據本發明的另一個特徵使用的分佈器支管管道的側剖視圖，示出了該支管的直徑如何隨著距分佈器集管管道的距離增加而減小；圖10A、圖10B和圖10C是圖9的分佈器支管管道的橫剖視圖，進一步示出了該支管的直徑如何隨距分佈器集管管道的距離增加而減小；圖11A、圖11B、圖11C和圖11D是根據本發明的分佈器系統的另一個特徵使用的分佈器支管端蓋的豎直剖視圖；以及圖12是平面圖，其示出了本發明的另一個特徵，其中丙烯腈反應器的進料分佈器被細分成多個進料分佈器部段。
具體實施方式
定義
如本文所用，“流體連通”是指有效用於允許相同的液體或蒸氣從一區域傳輸至另一區域的連接或管道。
如本文所用，“可釋放地固定”是指允許物件通過非破壞性方式斷開的非焊接連接。例如，可釋放地固定可指螺栓、錨栓、螺接的凸緣以及它們的組合。
如本文所用，“含氨進料混合物”是指氨與飽和的和/或不飽和的C3至C4烴的共混物。飽和的和/或不飽和的C3至C4烴可包括丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、以及它們的混合物。
快速斷開聯接件
如上文所述，在商用丙烯腈反應器的操作中遇到的主要問題是進料分佈器由於形成其的金屬的氮化而隨時間推移失效。為了解決這個問題，已經提出由例如在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來製造分佈器。遺憾的是，由於流化床催化劑氨氧化反應特有的某些問題以及其成本原因，已證明該解決方案對於在商用丙烯腈反應器中使用是不成功的。
同時，U.S.5,256,810描述了一種用於大致消除商用丙烯腈反應器中的分佈器的氮化的方法，該方法通過使用專門設計的絕熱毯而使分佈器內部的氨的溫度保持足夠低，以防止發生氮化。然而，由於成本和複雜設計，該解決方案也被證明是不令人滿意的。
根據本發明的該特徵，分佈器由於金屬氮化而隨 時間推移失效的這個問題通過採用使分佈器的各個部段以及作為整體的整個分佈器能夠被快速而容易地更換的分佈器設計來解決。雖然在進行這種更換時仍需要將丙烯腈反應器停機，但相比常規實踐而言，實現這種更換所花費的時間大大縮短。結果，就損失生產時間和人力成本兩者而言，用於在連續基礎上解決這種氮化問題的總成本顯著降低。
圖4、圖5和圖6示出了本發明的一個特徵，其中這種分佈器氮化問題通過使用氣密性快速斷開聯接件將分佈器系統的入口連接到氨氧化反應器的外壁來解決。在這些附圖中所示的特定實施例中，主集管30的端部直接附連到反應器10的壁40。因此，在該設計中，該集管端部構成分佈器部段16的入口31。在其它設計中，中間管路可用來將分佈器入口31連接到集管30。為了方便，將結合圖4、圖5和圖6中所示的反應器設計來描述本發明的該特徵。然而，應當理解，該特徵及其優點同等地適用於其它反應器設計，諸如例如其中分佈器入口31與主集管30通過中間管路分離的設計。
如圖4所示，將進料分佈器16的分佈器入口31附連到反應器10的壁40的常規方式是通過焊接。相應地，當主集管管道30需要被更換時，必須採用焊接修理方法，其中緊緊圍繞主集管管道30的那部分反應器壁40通過焊接被切掉，在反應器外殼12中由此形成的開口通過以合適的補丁焊接來修理，並且新的主集管管道30也通過焊接而安裝 在修理過的反應器壁40中。這需要顯著量的現場人力以及附加的材料，這可是成本高昂的。
根據本發明的該特徵，該問題通過採用用於將主集管管道30附連到反應器壁40的氣密性快速斷開聯接件設計來避免。這樣的聯接件的示例在圖5和圖6中示出，圖中示出了具有柱形套筒44形式的“檢修孔”42，圓柱形套筒44的第一側以氣密方式永久地焊接到形成於反應器壁40中的永久性開口48的周邊46。圓柱形套筒44的另一側或第二側承載凸緣50，凸緣50限定用於在其中接納螺栓52的一系列通孔。同時，平坦的圓形板形式的箍54以氣密方式永久性地焊接到主集管管道30的外部。此外，箍54也限定對應於檢修孔42的凸緣50中的通孔的一系列通孔56。
利用該結構，簡單地通過將主集管管道30的箍54螺接到檢修孔42的凸緣50可將主集管管道30以氣密方式可釋放地固定到反應器10的反應器壁40。以相同的方式，可簡單地通過將箍54從凸緣50去螺接而使主集管管道30與反應器壁40分離。相應地，由於過度氮化而變得不可用的現有主集管30的更換可通過簡單的去螺接和再螺接過程而簡單且容易地實現。由於不需要現場焊接，所以該更換程序比起常規地進行的焊接修理方法實現起來容易得多且成本更低。
圖2、圖7和圖8示出了本發明的另一個特徵，其中使用氣密性快速斷開聯接件來解決分佈器支管氮化的問題。如圖2中所示，將支管管道(或“支管”)32附連到主集管 管道(或“集管”)30的常規方式是通過焊接。相應地，當各個支管32由於過度氮化而需要被更換時，採用焊接修理方法，其中舊支管通過焊接或其它合適的切割技術而與主集管管道30分離，並且將新支管通過焊接附連到主集管管道30。這也需要顯著量的現場人力，這是成本高昂的。
根據本發明的該特徵，該問題通過採用用於將每個支管32附連到主集管管道30的氣密性快速斷開聯接件設計來避免。這在圖7和圖8中示出，圖中示出了用來將每個支管32連接到分佈器系統16的主集管管道30的氣密性快速斷開聯接件60。雖然這些附圖顯示每個支管直接連接到主集管管道30，但應當理解，這些支管中的一個或多個可例如借助於中間管路(未示出)間接地連接到主集管管道30。
氣密性快速斷開聯接件60是其中配合的部件(即，當進行連接時並在一起而在連接被斷開時移開的部件)專門設計成僅通過機械手段(即，不使用焊接或黏合劑)接合到彼此的聯接件。氣密性快速斷開聯接件也設計成在高溫條件下保持緊密密封，所述高溫條件為例如在典型的商用氨氧化反應器的正常操作期間以及在當這樣的反應器啟動和停機時發生的溫度循環期間遇到的那種。適合這種用途的市售聯接件的示例為可得自Grayloc Products(Houston,Texas)的Grayloc金屬間內孔密封夾具連接器。適合這種用途的市售聯接件的另一個示例為可得自Freudenberg Oil & Gas Technologies(Houston,Texas)的Vector集團的Techlok夾具連接器。適合這種用途的市售聯接件的又一個示例為 可得自Australasian Fittings & Flanges(Osborne Park,WA,Australia)的G-Lok®夾具連接器。常規的凸緣連接對於這種應用是不太可取的，因為它們由於在反應器操作期間的溫度循環而易於洩漏。
圖8示出了典型的氣密性快速斷開聯接件60的結構，包括該聯接件將支管32互連到主集管管道30的方式。如圖所示，聯接件60由將轂64和66接納並保持在一起的夾具組件62形成，轂64和66承載在支管32和集管接頭72的面對的端部68和70上。當由螺栓73固定就位時，夾具組件62造成金屬密封環(未示出)固定在轂64和66之間並且密封地接合轂64和66，從而在支管32和集管30之間形成氣密密封。
通過使用氣密性快速斷開聯接件60，每個支管32可簡單地通過螺接或去螺接夾具組件62而固定到主集管管道30和從主集管管道30去除。相應地，由於過度氮化而變得不可用的現有支管32的更換可通過簡單的去螺接和再螺接過程而簡單地且容易地實現。由於不需要現場焊接，該更換程序比起常規地進行的焊接修理方法實現起來容易得多且成本更低。
本文中所述的各個方面可用於具有各種尺寸直徑的反應器。在一個優選的方面，反應器可具有從約2至約12、在另一方面約5至約12米、在另一方面約8至約12米、並且在另一方面約9至約11米的外徑。
可變的進料噴嘴尺寸
根據該新分佈器設計的另一個特徵，隨著從進料分佈 器的入口到每個進料噴嘴的行進路徑增加，進料噴嘴34的直徑略微增加。
當含氨進料混合物行進通過分佈器16時，來自分佈器外部的熱氣體的熱傳遞造成分佈器內部的進料混合物的溫度增加。結果，離開每個進料噴嘴的進料混合物的溫度是不同的，具體取決於進料混合物在離開之前在分佈器中的時間有多長。具體而言，離開位於更遠離分佈器入口處的進料噴嘴的進料混合物的溫度更熱於離開位於更靠近分佈器入口的進料噴嘴的進料混合物的溫度。在此上下文中，“更遠離”和“更靠近”應被理解為表示就行進路徑的長度而言更遠離和更靠近分佈器入口，該行進路徑始於分佈器入口處且終止於進料混合物通過其離開分佈器的特定進料噴嘴處。
在常規的氨氧化反應器中，進料噴嘴34(圖3)的直徑都是相同的。結果，通過位於更遠離分佈器入口處的進料噴嘴34離開的進料混合物的密度小於通過位於更靠近分佈器入口處的進料噴嘴34離開的進料混合物的密度，因為密度與溫度成反比。這又造成通過位於更遠離分佈器入口處的進料噴嘴34離開的含氨進料混合物的質量流量小於通過位於更靠近分佈器入口處的進料噴嘴34離開的進料混合物的質量流量，前提條件是其它條件相同，因為質量流量與密度成正比。遺憾的是，通過每個進料噴嘴的質量流量的這種均勻性的缺乏導致整體上低於最佳的反應器性能，因為進入氨氧化催化劑的床24的含氨進料混合物的量 (即，單位時間的總質量)在進料噴嘴更遠離分佈器入口的反應器區域中小於在進料噴嘴更靠近該入口的區域中。
根據本發明的該特徵，這個問題通過改變分佈器進料噴嘴34的尺寸來克服，其中位於更遠離分佈器入口處的那些進料噴嘴大於位於更靠近分佈器入口處的那些進料噴嘴。“尺寸”、“更大”和“更小”在此上下文中是指噴嘴開口的橫截面積。在這方面，反應器外徑與不同尺寸的進料噴嘴的數目的比率為約0.5至約2.5、在另一方面約1至約2、並且在另一方面約1.5至約2。
雖然在特定的丙烯腈反應器中可使用具有不同尺寸的噴嘴，但已經發現的是，使用具有從約2至約10種不同尺寸、在另一方面約2至約8種不同尺寸、在另一方面約2至約6種不同尺寸、在另一方面約2至約4種不同尺寸、在另一方面約3至約6種不同尺寸、在另一方面約3至約4種不同尺寸、在另一方面約4至約8種不同尺寸、在另一方面約4至約6種不同尺寸、在另一方面約5至約6種不同尺寸、在另一方面約5至約7種不同尺寸、並且在另一方面約5至約8種不同尺寸的噴嘴(具體取決於反應器的直徑)足以克服在大多數丙烯腈反應器中具有不均勻進料的上述問題。在另一方面，如果反應器具有約2至約5米的外徑，那麼進料噴嘴具有約3至約4種不同尺寸。在另一方面，如果反應器具有超過約5至約12米的直徑，那麼進料噴嘴具有約5至約8種不同尺寸。因此，例如，使用具有三種不同尺寸的噴嘴通常對於具有大約8至12英尺(~2.4至~3.7米)的直徑的“小型”丙烯 腈反應器來說是足夠的。另一方面，使用具有五或六種不同尺寸的噴嘴更適合具有大約26至32英尺(~7.9至~9.7米)或更大的直徑的“大型”丙烯腈反應器。
一般而言，在商用丙烯腈反應器中進料噴嘴34的尺寸(橫截面積)在15至80mm2、更常見地20至60mm2的範圍內，具體取決於反應器的尺寸和進料噴嘴的密度，即，每平方米反應器橫截面的進料噴嘴34的數目。這種相同的噴嘴尺寸設計也可結合本發明的該特徵使用。換言之，在給定的丙烯腈反應器中所有進料噴嘴的平均噴嘴尺寸將對應於這些值。
就噴嘴尺寸的差異而言，在用於特定氨氧化反應器的成組噴嘴中最大噴嘴與最小噴嘴在橫截面積上的比率可小至1.02且大至1.35。具有中等尺寸的進料噴嘴的尺寸可通過計算和/或常規實驗而容易地確定。
就這一點而言，使用具有不同尺寸的進料噴嘴34的目的是為了實現在進料噴嘴之間盡可能接近均勻的進料混合物的質量流量。在給定的分佈器系統內，穿過任何特定的進料噴嘴的進料混合物的質量流量主要基於其密度，密度又主要基於其溫度。相應地，用於具有中等尺寸的特定噴嘴的特定尺寸可通過參照穿過該進料噴嘴的進料混合物的預計溫度而容易地確定，該預計溫度又可通過實際測量或通過適當的熱傳遞計算而容易地確定。
利用該特徵，穿過每個進料噴嘴的含氨進料混合物的質量流量變得在進料噴嘴之間更接近均勻。這又導致 反應器內部在區域之間更接近均勻的操作，這使得生產率能夠最大化。在這方面，通過任一個進料噴嘴的質量流量在任何其它噴嘴的質量流量的約5%內、在另一方面在約4%內、在另一方面在約3%內、在另一方面在約2%內、在另一方面在約1%內、在另一方面在約0.5%內、在另一方面在約0.25%、以及在另一方面在約0.1%內。
該特徵還通過確保正確流量的氣體始終流過分佈器進料噴嘴來最小化在啟動、停機和甚至正常操作期間催化劑對進料分佈器的污染(催化劑倒流)。
具有不斷減小的直徑的支管
根據該新的分佈器設計的又一個特徵，支路分佈器管道或“支管”32的直徑從其近端到其遠端(即，從其連接到集管30的端部到其遠離集管30的相對端部)減小。
在常規的丙烯腈反應器中，支路分佈器管道32的直徑沿管道的整個長度是相同的。就該設計而言，通過管道的進料混合物的流量從其近端到其遠端顯著減小，因為進入近端的許多進料混合物已通過沿管道的長度定位的進料噴嘴34離開管道。結果，在這些管道內部的進料混合物的速度在管道遠端處或附近太慢，以至於對可存在於那裡的任何氨氧化催化劑不具有顯著影響。
根據本發明的該特徵，這個問題通過從其近端到其遠端減小支路分佈器管道或“支管”32的直徑來避免。圖9A、圖9B、圖10A、圖10B和圖10C示出了本發明的該特徵。如在這些圖中所示，支管32的直徑從其近端37到其遠端39 逐步減小。
利用該特徵，含氨進料混合物的速度可沿管道的整個長度保持足夠高，以使可非故意地污染分佈器系統16內部的任何氨氧化催化劑被吹掃到下一進料噴嘴34，在這裡，催化劑將與流過該進料噴嘴的進料氣一起排放。雖然用於去除催化劑的該機構也在較早的設計中使用，但在支管的遠端處或附近的進料氣的速度在這些設計中太慢，以至於不能將那裡存在的任何催化劑吹掃到下一進料噴嘴。根據本發明的該特徵，該問題通過將支管的直徑從其近端到其遠端減小來避免。結果是，在這些支管管道內部的進料氣的速度保持足夠高，以將可存在於那裡的任何催化劑吹掃到下一可用的進料噴嘴，甚至在管道的遠端處。使用不斷減小的直徑使得適當高的速度甚至在管道的遠端處也是可能的，同時也避免在管道的近端處不可接受地高的速度和/或壓降。
雖然圖9A、圖9B、圖10A、圖10B和圖10C顯示支管32具有不同直徑的三個單獨的部段，但應當理解，根據本發明可使用任何方便數目的不同直徑。一般而言，不同直徑的尺寸和數目被選擇為在所有分佈器管道(即，集管30和所有支管32)中保持約10至30、優選15至25米/秒的氣體速度。
本文中所述各個方面可用於具有各種尺寸直徑的反應器。在一個優選的方面，反應器可具有從約2至約12、在另一方面約5至約12米、在另一方面約8至約12米、 並且在另一方面約9至約11米的外徑。
支管端蓋
在實現本發明的以上特徵的可選的優選方式中，構造成具有不斷減小的直徑的支管管道32的遠端39端接有被一個或多個進料噴嘴34穿透的端蓋(參見圖11)。如上所述，該直徑不斷減小的特徵確保在其遠端處或附近流過支管32的進料氣的速度保持相對較高。通過用包括一個或多個進料噴嘴的端蓋90端接具有較小遠端39的支管32，可確保該速度保持足夠高，以使得可存在於該遠端處或附近的任何氨氧化催化劑保持移動，以便其最終通過進料噴嘴34吹出支管。圖11A和圖11B示出了圓形構型，一個圖具有居中定位的進料噴嘴34，且另一個圖具有降低的進料噴嘴34。圖11C和圖11D示出了平坦構型，一個圖具有居中定位的進料噴嘴34，且另一個圖具有降低的進料噴嘴34。降低的進料噴嘴構型使其中催化劑可變得被截留的死空間最小化，但可能製造成本更高。
多個進料分佈器部段
根據該新分佈器設計的又一個特徵，進料分佈器16被細分成多個進料分佈器部段，每個部段具有其自己的入口埠以用於從反應器外部接收含氨進料。
在諸如圖2中示出的典型商用氨氧化反應器中，使用單個進料分佈器系統16，其中單個水平定向的集管30為系統的所有支管32供料。在這些系統的大多數中，如圖2和圖4中進一步所示地，分佈器16的入口31在與集管30基本 上相同的水平面中位於反應器10的側壁中。
當這種分佈器設計用於較大的丙烯腈反應器(即，具有大於約6米(~20英尺)的直徑的反應器)中時，由含氨進料氣在分佈器中所經歷的最短行進路徑和最長行進路徑之間的差值可變得很大，因為原料氣進入集管30的僅一個端部且因此必須一直行進至另一端部以到達附連到那裡的支管。結果，離開每個進料噴嘴34的進料混合物的溫度、密度和因此質量流量可在進料噴嘴之間顯著變化，具體取決於進料噴嘴在分佈器系統中所處的位置。如上所述，在溫度、密度和質量流量中的這種偏差可造成在反應器性能和氮化的均勻性兩方面的相當大的問題。
為了解決該問題，已經提出將分佈器入口31移至遠高於集管30的位置並且利用合適的管路將分佈器入口31接合到集管30的中心。想法是，因為進料氣被輸送至集管30的中心而不是僅其端部中的一個處，所以該進料氣通過集管30到所有支管32且通過所有支管32的流動將比本來的情況更接近均勻。然而，該方法的問題是將分佈器入口31連接到集管30的中心所需的附加管路隨時間推移而變得被氮化，這由於上文中所指出的原因是非常不利的。
根據本發明的該特徵，進料分佈器16被分成多個進料分佈器部段，其中每個分佈器子部段設有其自己的分佈器入口31以用於從反應器外部接收含氨進料。每個分佈器部段還設有其自己的控制系統，以便可單獨地控制每個分佈器部段中的含氨進料混合物的流動。此外，每個分佈 器部段的分佈器入口31位於由集管30限定的水平面處或附近。優選地，每個分佈器部段的分佈器入口31與該水平面豎直地間隔開不超過10英尺、更優選地不超過5英尺。
本發明的分佈器設計的該特徵在圖12中示出，該圖顯示了相對於彼此以基本上並排的關係佈置在反應器內部的四個分開且獨立的進料分佈器部段100、102、104和106。在此上下文中，“並排”應被理解為表示各個分佈器部段在反應器內部佈置在基本上相同的高度，而不是佈置成一個在另一個頂部上。如圖12中進一步所示地，分佈器部段100、102、104和106中的每一個分別包括分佈器入口110、112、114和116，所有分佈器入口均連接到位於反應器10外部的公共進料集管管道(未示出)。此外，提供了連接到控制系統(未示出)的單獨的控制閥120、122、124和126。
利用該特徵，每個單獨的分佈器部段可被單獨地控制以調整由該分佈器部段進料的含氨進料混合物的量(質量流量)。這允許在整體上對反應器甚至更好的控制，因為反應器的每個區域可被單獨地控制。這又使每個區域能夠被“調整”以匹配其它區域，從而在整個反應器上實現最佳性能。
本文中所述的各個方面可用於具有各種尺寸直徑的反應器。在一個優選的方面，反應器可具有從約2至約12、在另一方面約5至約12米、在另一方面約8至約12米、並且在另一方面約9至約11米的外徑。
雖然上文僅描述了本發明的一些具體示例，但應 當理解，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可進行許多修改。所有這樣的修改旨在包括在僅由所附申請專利範圍限制的本發明的範圍內。

Claims (10)

  1. 一種分佈器，其包含多個進料分佈器部段及公共進料集管，所述分佈器有效用於從氨氧化反應器外部經由所述反應器的反應器壁而往所述反應器內部之氨氧化催化劑流化床內供應氨進料混合物，所述分佈器包括：主集管管道；分佈器入口，其與所述主集管管道流體連通；以及多個支路分佈器管道，其與所述主集管分佈器管道流體連通，所述支路分佈器管道限定進料噴嘴以用於將所述含氨進料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中，其中，所述多個進料分佈器部段係相對於彼此以基本上並排關係佈置在所述反應器內部，每個進料分佈器部段具有其自己的分佈器入口，以用於從所述反應器外部、其自己的主集管管道和其自己的支路分佈器管道的系統接收含氨進料，且其中所述公共進料集管管道係位於所述反應器外部，每個進料分佈器部段的入口埠係與所述公共進料集管流體連通，每個分佈器部段還包括用於控制丙烯/氨進料混合物進入該進料分佈器部段內的流量的控制閥。
  2. 根據請求項1所述的分佈器，其中，每個分佈器部段的主集管管道限定一水平面，並且進一步地，其中，每個分佈器部段的分佈器入口與由其相應的主集管管道限定的水平面豎直間隔開不超過10英尺。
  3. 根據請求項1所述的分佈器，其中，所述反應器外徑為約2至約12米。
  4. 根據請求項1所述的分佈器，其中，所述反應器外徑為約8至約12米。
  5. 根據請求項1所述的分佈器，其中，所述反應器外徑為約9至約11米。
  6. 一種用於將含氨進料混合物供應至氨氧化反應器的方法，所述方法包括：通過分佈器從氨氧化反應器外部經由所述反應器的反應器壁而往所述反應器內部之氨氧化催化劑流化床供應氨進料混合物，其中，所述分佈器包括：主集管管道；分佈器入口，其與所述主集管管道流體連通；以及多個支路分佈器管道，其與所述主集管分佈器管道流體連通，所述支路分佈器管道限定進料噴嘴以用於將所述含氨進料混合物排入氨氧化催化劑的流化床中，其中，所述分佈器由相對於彼此以基本上並排的關係佈置在所述反應器內部的多個進料分佈器部段構成，每個進料分佈器部段具有其自己的分佈器入口，以用於從所述反應器外部、其自己的主集管管道和其自己的支路分佈器管道的系統接收含氨進料，且其中所述分佈器還包括位於所述反應器外部的公共進料集管管道，每個進料分佈器部段的入口埠係與所述公共進料集管流體連通，每個分佈器部段還包括用於控制丙烯/氨進料混合物進入該進料分佈器部段內的流量的控制閥。
  7. 根據請求項6所述的方法，其中，每個分佈器部段的主集管管道限定一水平面，並且進一步地，其中，每個分佈器部段的分佈器入口與由其相應的主集管管道限定的水平面豎直間隔開不超過10英尺。
  8. 根據請求項6所述的方法，其中，所述反應器外徑為約2至約12米。
  9. 根據請求項6所述的方法，其中，所述反應器外徑為約8至約12米。
  10. 根據請求項6所述的方法，其中，所述反應器外徑為約9至約11米。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106563396A (zh) * 2015-10-12 2017-04-19 中国石油化工股份有限公司 气体分布器、固定鼓泡床反应器以及气液反应的方法
KR101880129B1 (ko) 2017-07-03 2018-07-19 세미플론 주식회사 교체 용이한 단독 자립형 스파저 노즐이 설치된 화학약품 반응탱크
CN110997123A (zh) 2017-08-04 2020-04-10 夏尔人类遗传性治疗公司 抗体-树脂偶联设备和方法
CN109772236B (zh) 2017-11-14 2022-08-12 中国石油化工股份有限公司 一种流体分布器、反应装置及其应用
CN109772234B (zh) * 2017-11-14 2024-01-05 中国石油化工股份有限公司 用于丙烯氨氧化反应器的原料气进料系统
CN109772235B (zh) * 2017-11-14 2023-10-31 中国石油化工股份有限公司 用于丙烯氨氧化反应器的原料气进料系统
WO2019220521A1 (ja) 2018-05-15 2019-11-21 旭化成株式会社 不飽和ニトリルの製造方法
KR102289422B1 (ko) * 2019-08-20 2021-08-17 한국원자력연구원 스파저 및 이를 구비하는 원전
CN114432973A (zh) * 2022-03-01 2022-05-06 中国神华煤制油化工有限公司 管式气体分布器和气固流化反应器
CN115007099B (zh) * 2022-05-26 2023-06-20 浙江大学 一种羰基合成反应器及其工作方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1089596A (zh) * 1992-10-14 1994-07-20 标准石油公司 制丙烯腈过程中清除氮化的方法
CN1172440A (zh) * 1995-02-01 1998-02-04 旭化成工业株式会社 流化床反应器和用此流化床的反应方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2007528C3 (de) 1970-02-19 1973-10-25 Friedrich Uhde Gmbh, 4600 Dortmund Vorrichtung zum Warmetausch in Ammoniaksynthese Anlagen
DE2707478A1 (de) * 1976-03-01 1977-09-08 Pullman Inc Verfahren und vorrichtung zur regenerierung von crack-katalysatoren
DE3022480A1 (de) 1980-06-14 1982-01-07 Uhde Gmbh, 4600 Dortmund Vorrichtung zum waermetausch zwischen einen nh (pfeil abwaerts)3(pfeil abwaerts) -konverter verlassendem kreislaufgas und wasser
US4554135A (en) 1982-11-26 1985-11-19 C F Braun & Co. Ammonia converter
US4801731A (en) 1987-12-14 1989-01-31 E. I. Du Pont De Nemours And Company Preparation of acrylonitrile
US5110584A (en) 1990-10-22 1992-05-05 Consumer Products Corporation Scented nail enamels containing essential oils
US5518700A (en) * 1994-06-25 1996-05-21 Shell Oil Company Cyclonic reactor
JP2007016032A (ja) * 1995-02-01 2007-01-25 Asahi Kasei Chemicals Corp 流動床反応器およびこれを用いた反応方法
JPH08208583A (ja) * 1995-02-01 1996-08-13 Asahi Chem Ind Co Ltd α、βー不飽和ニトリルの製造装置
US6358483B1 (en) * 1999-07-13 2002-03-19 The Standard Oil Company Sparger for oxygen injection into a fluid bed reactor
WO2004101136A2 (en) * 2003-05-09 2004-11-25 The Standard Oil Company Fluidized bed reactor with gas cooler
RU2365407C2 (ru) * 2004-03-08 2009-08-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Распределитель газа для реактора
CN101396647B (zh) * 2007-09-29 2011-03-16 中科合成油技术有限公司 用于费-托合成的气-液-固三相悬浮床反应器及其应用
CN204017797U (zh) * 2014-03-31 2014-12-17 英尼奥斯欧洲股份公司 用于氨氧化反应器的进料分布器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1089596A (zh) * 1992-10-14 1994-07-20 标准石油公司 制丙烯腈过程中清除氮化的方法
CN1172440A (zh) * 1995-02-01 1998-02-04 旭化成工业株式会社 流化床反应器和用此流化床的反应方法

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JP2017512642A (ja) 2017-05-25
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