进料分布器的制作方法

本发明涉及一种进料分布器，具体而言涉及一种用于氨氧化反应器的进料分布器。

背景技术：

世界各国普遍采用Sohio法生产丙烯腈，生产过程中，原料有一定的配比要求，如氨与丙烯的比值为1～1.5，空气与丙烯的比值为8.5～10.5，事实上，这个比值也正好处于丙烯氨的爆炸极限范围内。在生产过程中，并非三种原料气混合后进入反应床层中，而是分开进入床层。如图1所示，在氨氧化反应器中，丙烯与氨的混合气体(在下文中，有时也称作原料气)通过进料分布器1进入床层，空气则通过空气进料口进入反应器，经空气分布器6进入床层。丙烯、氨、空气在催化剂的作用下，优先进行氨氧化反应，避开了原料气爆炸浓度范围。

在丙烯腈生产过程中，丙烯氨分布器长期处于高温当中，丙烯氨混合气沿导管流动不断的被床层加热，丙烯氨混合气在导管中行进的长度不一样，经历的热交换时间不一样，因此不同位置的进料喷嘴内，其温度也是不同的。由于在高温下持续暴露氨的存在，氨能分解出活性氮原子，其反应式为2NH₃→6H⁺+2[N]。活性氮原子向导管渗透，与导管中的金属原子结合，生成更加稳定的氮化物。当导管中温度高于金属氮化反应温度时，容易导致导管渗氮脆裂的发生。这一结果造成导管脆裂的地方阻力小于正常情况，导致更多的丙烯氨通过裂口进入到床层中，破坏了原料气均匀分配，进而在床层局部区域由于气体配比不均而对催化剂造成不可逆的破坏，如局部区域缺氧造成对催化剂的过度还原。

丙烯氨分布器不同位置的部件的温度不同，导致了这些部件的氮化程度也不一致，根据实际情况，对分布器的不同部件进行更换的时间不同，既增加的实际操作的复杂性，也造成了成本的上升。

图2A示出了CN1172440A中公开的传统氨和丙烯混合气体的进料分布器100。该进料分布器100包括分布器入口(未示出)；主管101；支管102，该支管102与主管101流体连通；设置在支管102上的锐孔103；和喷嘴105，喷嘴105与锐孔103中心重合并垂直于支管102(如图2B所示)。喷嘴105与位于进料分布器100下方的空气分布板的气孔一一对应。

然而，随着丙烯腈生产能力不断的提高，装置大型化、规模化是一种趋势导向。针对生产规模较大的丙烯腈流化床反应器，例如当流化床反应器直径为9米时，采用图2A所示的传统进料分布器，主管101直径达500mm以上，这会影响反应气体在床层的流场分布，导致催化剂流化效果恶化而最终影响到反应结果。因此，传统形式的丙烯氨进料分布器并不适合装置大型化的需求。

CN 204017797 U公开了一种用于氨氧化反应器的进料分布器200。如图2C所示，该进料分布器200具有多个主管201和分别与该多个主管201流体连通的支管202。进料分布器200较好地解决了主管直径过大的问题。然而，针对直径超过9米的流化床反应器，由于丙烯腈流化床反应器直径的增加，原料气丙烯氨沿主管和支管被分配到反应器的管程也会增长，使进料分布器上距离丙烯氨入口远端的喷嘴的温度会高于金属氮化反应温度，更容易发生渗氮脆裂，结果导致进料分布器的更换频率增加。这样的氨氧化反应器的进料分布器仍然不可避免的会发生离进料入口远端处的温度过高的问题，分布器的氮化脆裂问题依然严重。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种进料分布器，其能够有效延长分布器金属氮化脆裂的时间，同时能够避免催化剂被不可逆的破坏。

本发明提供一种进料分布器，包括并联的多个子分布器，每个所述子分布器包括：

分布器入口；

主管，该主管与所述分布器入口流体连通；以及

多个支管，该多个支管布置在所述主管的两侧并与所述主管流体连通，

锐孔，该锐孔设置在所述主管和所述支管上、或仅设置在所述支管上，以及

喷嘴，该喷嘴围绕相应的锐孔设置在相应的所述主管或所述支管上，并且与所述相应的锐孔同轴，

其中，在气流方向上相邻的所述锐孔间的孔间距是相同的。

优选地，所述支管之间相互平行或同心。

优选地，所述主管与所述支管或所述支管的切线垂直。

优选地，沿所述主管的轴向相邻的所述支管间的垂直距离是相同的。

优选地，所述相邻支管间的所述垂直距离是所述相邻的锐孔间的所述孔间距的2倍。

优选地，所述相邻支管间的所述垂直距离为200～600mm。

优选地，所述入口，所述主管和所述支管处于所述反应器的同一水平截面内，或所述主管和所述支管处于所述反应器的同一水平截面内，或所述支管处于所述反应器的同一水平截面内。

优选地，所述支管的长度为所述反应器的直径的0.4倍以下。

优选地，在所述主管和所述支管上，在同一截面处设置至少一个锐孔和与之相对应的喷嘴。

优选地，所述喷嘴的长度为50～300mm。

优选地，在所述主管或所述支管上，在同一截面处设置两个锐孔和与之分别相对应的两个喷嘴。

优选地，位于所述支管的同一截面处的所述两个喷嘴之间的角度为30～90°。

优选地，所述喷嘴的末端处于同一平面内，且与空气分布板的垂直距离相同。

优选地，所述喷嘴的内径为10～40mm。

优选地，所述主管与所述支管的内径比为2.0～3.2。

本发明的另一方面提供一种进料分布器，包括并联的多个子分布器，每个所述子分布器包括：

分布器入口；

主管，该主管与所述分布器入口流体连通；

多个支管，该多个支管布置在所述主管的两侧并与所述主管流体连通；

锐孔，该锐孔设置在所述主管和所述支管上、或仅设置在所述支管上；以及

喷嘴，该喷嘴围绕相应的锐孔设置在相应的所述主管或所述支管上，并且与所述相应的锐孔同轴，

其中，所述喷嘴的末端处于同一平面内，且呈矩形分布，并与反应器的空气分布板上的喷嘴一一对应。

优选地，所述支管之间相互平行。

优选地，所述主管与所述支管垂直。

优选地，沿所述主管的轴向相邻的所述支管间的垂直距离是相同的。

优选地，所述相邻支管间的所述垂直距离是所述相邻的锐孔间的所述孔间距的2倍。

优选地，所述相邻支管间的所述垂直距离为200～600mm。

优选地，所述入口，所述主管和所述支管处于所述反应器的同一水平截面内，或所述主管和所述支管处于所述反应器的同一水平截面内，或所述支管处于所述反应器的同一水平截面内。

优选地，所述支管的长度为所述反应器的直径的0.4倍以下。

优选地，在所述主管和所述支管上，在同一截面处设置至少一个锐孔和与之相对应的喷嘴。

优选地，所述喷嘴的长度为50～300mm。

优选地，在所述主管或所述支管上，在同一截面处设置两个锐孔和与之分别相对应的两个喷嘴。

优选地，位于所述主管或所述支管的同一截面处的所述两个喷嘴 之间的角度为30～90°。

优选地，所述喷嘴的末端处于同一平面内，且与空气分布板的距离相同。

优选地，所述喷嘴的内径为10～40mm。

优选地，所述主管与所述支管的内径比为2.0～3.2。

附图说明

图1是现有技术的氨氧化反应器的示意图。

图2是现有技术中进料分布器的示意图，其中，图2A、图2C为平面图，而图2B为沿图2A的B-B截取的剖视图。

图3是本发明的进料分布器的示意图，其中，图3A、3C、3D为平面图，而图3B为沿图3A、3C、3D的A-A线截取的剖视图。

附图标记说明

1 氨氧化反应器

4 反应器器壁

10，100，200 进料分布器

10i 子分布器

6 空气分布板

7 冷却水管

8 空气进料口

11，101，201 主管

12，102，202 支管

13，103，203 锐孔

14，104，204 喷嘴

具体实施方式

下文中，将以用于氨氧化反应器的进料分布器为例，通过参考附图详细说明本发明的实施方式。

对本发明的进料分布器的分布器入口与反应器器壁的连接方式以及进料分布器主管与外界管线的连接方式没有具体限定，可以采用本领域的常规连接方式。

如图3A所示本发明的进料分布器10实际上是由多个彼此之间相互独立并以并联关系布置的子进料分布器(子分布器)10i组成的。在流化床反应器中，上述的多个子分布器10i，彼此之间可以相互替换。

本发明所述的流化床反应器进料分布器10的多个子分布器10i为并联连接，各个分布器入口处原料气所处的温度、压力是一样的。理论上，可以根据进料分布器中喷嘴的数量及每个喷嘴分配到相同的原料气的进料量(标况)来设计不同的子分布器10i来组成用于流化床反应器的进料分布器10。但在实际生产过程中，这样的设计很难实现，原料气未必是按设计的气量流通到进料分布器里。当采用相同的子分布器10i组成流化床反应器的进料分布器10时，分配到每个子分布器10i的原料气的量是一样的。因此，可以有效地将理论设计与实际的误差减到最小，甚至是消除。流化床反应器进料分布器10中的多个子分布器10i是相同的，可以彼此替换。流化床反应器进料分布器10的相邻两个子分布器10i入口沿反应器器壁圆周距离是相等的。

如图3A所示，本发明的进料分布器10中的每个子分布器10i包括：分布器入口(未示出)；主管11，该主管11与分布器入口流体连通；多个支管12，该多个支管12分别与主管11流体连通；锐孔13，锐孔13以设置在主管11和多个支管12上；以及喷嘴14，对于每一个锐孔13来说，都有一个喷嘴14与之相对应地设置在相应的主管11或支管12上并与该锐孔13同轴，并且每个喷嘴14都垂直于主管11或支管12(如图3C所示)。

在本发明的进料分布器10中，在气流方向上相邻的锐孔13之间的孔间距是相等的。此处，所谓“孔间距”是指在主管11或支管12上，一个锐孔13所在的主管11或支管12的截面(简称为锐孔截面)与在气流方向上与该锐孔13相邻的锐孔13’所在的截面之间的垂直距离，即主管11或支管12上相邻的锐孔截面之间的垂直距离。并且，主管11上的孔间距与支管12上的孔间距相互之间也是相同的。该“孔间距”是指在主管或支管上的相邻的锐孔截面之间的垂直距离，而不包括从主管11的锐孔截面到任意一个支管12的锐孔截面的距离。例如，在图3A中，沿着气流方向，在主管11上的多个锐孔13中，相邻的锐孔之间的孔间距是相同的。在各个主管12上，相邻的锐孔之间的孔间距也是相同的。并且，主管11上的孔间距与支管12上的孔间距也是相同的。

在同一锐孔截面处设置的锐孔个数可以为至少1个。当在一个锐孔截面处设置至少1个锐孔时，相应地，也设置至少1个与锐孔相对应的喷嘴。优选地，在同一锐孔截面处，设置2个锐孔13和2个相对应的喷嘴14。

在图3A中，原料气从分布器入口进入，沿主管11流通到与主管相连接的各个支管12中，再通过各个锐孔13流通到喷嘴14，最后由喷嘴14流通到床层中。以此方式，原料气沿进料分布器管线导向被分散到反应器床层当中。

在本发明所述的流化床反应器进料分布器10中，相同的组件应限定在反应器的同一水平截面内。例如，各个进料分布器10i中的同称为进料分布器主管的多根主管11应该处于同一水平截面内，同称为进料分布器支管的所有支管12应该处于同一水平截面内，同称为进料分布器喷嘴的所有喷嘴14，其末端应该处于同一水平截面，并且与下方的空气分布板6的垂直距离是相同的。优选地，在本发明的进料分布器 10中，各个子分布器10i的所有主管11和所有支管12处于反应器的同一水平截面内。最优选地，的各个子分布器10i的所有分布器入口、主管和所有支管均处于同一水平截面内，或所述主管和所述支管处于所述反应器的同一水平截面内，或所述支管处于所述反应器的同一水平截面内。。

在本发明的各个子分布器10i中，主管11为直管，对支管12的形状没有具体限制，例如，可以为直管(图3A)或弧形管(图3C)。支管12分布于对应的主管11的两侧，并且同一子分布器10i中的所有支管12相互平行或同心。优选地，沿主管11的轴向相邻的支管12之间的垂直距离是相同的，并且优选为上述孔间距的2倍。具体而言，以200～600mm为宜，优选260～550mm，更优选300～500mm。支管12或其切线与主管11垂直，并且如图3A、3B所示，位于主管11两侧的支管12可以相互对齐以与主管11十字相交，或者也可以相互交错，如图3D所示。对主管11和支管12的直径没有具体限制，但主管11与支管12的直径(内径)比优选为2～3.2。

在本发明的进料分布器中，根据布置在支管12上的喷嘴14的数量及相邻喷嘴14之间的距离来确定支管12的长度。在与主管11十字相交的情况下，分别位于主管11两侧的两根支管12的长度是相同的，或者只相差不超过两倍于孔间距的距离。另外，该两根支管12的末端所处的温度环境比较接近，所以两者之间的温差较小，同一根支管12的始端与末端之间的温差相对而言也是最小的。因此，支管末端温度低于金属的氮化反应温度，延长了金属氮化脆裂时间，甚至有消除脆裂的可能。与主管十字相交的两根支管等长或接近等长的情况优于两根支管一个过长一个过短或支管往单边的情况。在支管过长的情况下，原料气被加热的程度越高，支管末端的温度相对也会偏高。对于进料分布器而言，各个部件之间的温差就大，各个部件氮化程度不一，更换的频率不一，增加了开停车次数的风险。

在本发明的进料分布器10中，主管11的长度低于反应器的半径，并且各个子分布器10i的主管11之间相互不交错。在如图3A和3D所示的形式的进料分布器中，支管的长度为反应器直径的0.35倍以下，而如图3B所示的形式的进料分布器中，支管长度为反应器直径的0.4倍以下，优选为0.35倍以下。当支管的长度在上述范围内时，各个子分布器10i的支管12与相邻的子分布器10i的支管12相互之间不交叉不交错。优选地，本发明的进料分布器10的所有喷嘴14的末端都处于同一平面，并与空气分布板6的距离都相同。更优选的，本发明的进料分布器10的所有喷嘴14的末端在处于同一平面内，并在该平面内呈矩形分布，更优选为呈正方形分布。这样能够尽可能地保证丙烯氨混合气体能够均匀地进入催化剂床层。

在本发明的进料分布器10中，原料气在进入床层前，将在从锐孔13到喷嘴14变径的过程产生的不规则流动的气流变为直线流动的气流。换言之，喷嘴14的作用是用于整流。如图3C所示，喷嘴14与支管12垂直，同时锐孔13也垂直于支管12，并且喷嘴14与锐孔13中心重合。喷嘴14的内径定为使得管线内气体流速以20-35m/s为宜，优选20-30m/s。如果气速过小，催化剂容易倒灌，气速过大，会引起催化剂的磨损，因此气速过大过小都是不利的。具体而言，喷嘴14的内径优选为12～35mm，更优选为15～30mm。喷嘴的长度以50～300mm为宜，优选为80～280mm，更优选为100～240mm。另一方面，在支管12的同一截面处，对应的锐孔13和喷嘴14的数量不限于1组。而是如图3所示，可以设定1组以上。当在支管的同一截面处设置两个锐孔13和对应的两个喷嘴14时，该两个喷嘴14间的角度优选为30～90度。另一方面，如上所述，优选地，所有的喷嘴14的末端处于同一水平截面内，并且距离空气分布板6的距离相同。

实施例

实施例1

进料分布器分别采用图3B与图3C结合和图3B与图3D结合的形 式，流化床反应器直径为9米。经计算发现，进料分布器采用图3B和图3C结合形式和采用图3B与图3D结合形式的直径为9米的流化床反应器，温度高于金属氮化反应温度的喷嘴占总喷嘴数为0；这样的进料分布器形式适用于直径为9米流化床反应器。

实施例2：流化床反应器的直径分别为9米和12米，进料分布器均采用图3A与图3B结合的形式。经计算发现，直径为9米和直径为12米的流化床反应器，温度高于金属氮化反应温度的喷嘴占总喷嘴数均为0，这样的进料分布器形式不仅适用于直径为9米流化床反应器，也适用于直径为12米的流化床反应器。

比较例1：直径为9米的流化床反应器，其进料分布器采用图2A和图2B结合的形式，经计算发现，直径为9米的流化床反应器，温度高于金属氮化反应温度的喷嘴占总喷嘴数的4.1％。这样的进料分布器形式不适用于直径为9米流化床反应器。

比较例2：直径为12米的流化床反应器，其进料分布器采用图2B和图2C结合的形式，经计算发现，直径为12米的流化床反应器，温度高于金属氮化反应温度的喷嘴占总喷嘴数的6.9％。这样的进料分布器形式不适用于直径为12米的流化床反应器。

根据本发明的进料分布器，即使在用于大直径的流化床反应器的情况下，也能够确保所有喷嘴末端的温度都低于金属氮化温度，从而能够有效延长分布器金属氮化脆裂的时间，确保原料气的均匀分布，避免催化剂被不可逆的破坏。