用于氨氧化反应器的进料分布器设计的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]在丙烯腈的商业制造中，丙烯、氨和氧按照以下反应图式一起反应:
CH2=CH-CH3 + NH3 + 3/2 O2 — CH2=CH-CN+ 3 H2O
通常称为氨氧化的这个过程在合适的流化床氨氧化催化剂的存在下在高温下以气相进行。
[0002]图1示出了用来进行该过程的典型的氨氧化反应器。如该图所示，反应器10包括反应器壁12、空气格栅14、进料分布器(sparger) 16、冷却盘管18和旋流器(cyclone) 20。在正常操作期间，工艺空气通过空气入口 22充入反应器10中，而丙烯和氨的混合物通过进料分布器16充入反应器10中。两者的流量都足够高，以使反应器内部的氨氧化催化剂的床24流化，在其中发生丙烯和氨向丙烯腈的催化氨氧化。
[0003]由反应产生的产物气体通过反应器流出物出口 26离开反应器10。在这样做之前，产物气体穿过旋流器20，旋流器20去除这些气体可夹带的任何氨氧化催化剂，以通过料腿(diplegs) 25返回到催化剂床24。氨氧化是高度放热的，因此使用冷却盘管18来带走过量的热量，从而将反应温度保持在适当水平。
[0004]丙烯和氨可与氧形成爆炸性混合物。然而，在正常操作温度下，在反应器10内部由流化的氨化作用催化剂来防止爆炸，该催化剂在爆炸可发生之前优先催化氨氧化反应。相应地，反应器10被设计和操作成使得在正常操作期间允许工艺空气接触丙烯和氨的唯一地方是在氨氧化催化剂24的流化床内，且因此仅在催化剂的温度高至足以催化氨氧化反应时。
[0005]为此，将丙烯和氨进料到反应器10的传统方式使用诸如在U.S.5，256，810中所示的进料分布器系统16，该专利的公开内容以引用方式并入本文中。如‘810专利的图1和图2(这两幅图被重新编号为本文献的图2和图3)中所示，进料分布器16采取一系列供应管或管道的形式，其包括主集管30和支管(lateral) 32，支管32附连到集管30且从集管30分出。一系列面向下的进料喷嘴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应器操作期间通过进料喷嘴34充入。支管32和进料喷嘴34的数目和间距使得横跨反应器10的整个横截面积大致均匀地定位有每平方米总共约10至30个进料喷嘴。
[0006]通常，每个进料喷嘴34都被进料护罩36包围，进料护罩36采取管道的短部段的形式，该管道的内径为喷嘴34的直径的若干倍。进料护罩34使得穿出喷嘴10的气体的速度能够在离开进入催化剂床24之前显著减慢，这防止了本来可发生的催化剂的崩解。
[0007]工艺空气通常在穿过空气格栅14之后进入催化剂床24 (图1)，空气格栅14位于进料分布器16下方。如熟知的，空气格栅14通常采取连续的金属片材的形式，其限定在其中的一系列空气孔或喷嘴。空气喷嘴的直径、穿过空气格栅14的工艺空气的质量流量和穿过进料分布器16的丙烯/氨混合物的质量流量经选择，使得催化剂床24中的氨氧化催化剂在正常操作期间被这些气体完全流化。
[0008]空气喷嘴通常设有其自己的保护性空气护罩(未示出)，该护罩通常位于空气格栅14下方。此外，在许多情况下，进料喷嘴34与空气格栅14中的空气喷嘴以一对一关系设置，其中每个进料护罩36直接对准其对应的空气喷嘴以促进穿出这两种不同的喷嘴的气体的快速且充分的混合。参见U.S.4，801，731。
[0009]虽然这种一般类型的丙烯/氨进料系统效果良好，但其的确存在某些缺点。例如，由于在高温下持续暴露于氨，形成进料分布器16的金属随时间推移而经历氮化。结果，进料分布器16的各个部段和有时整个进料分布器需要被不时更换。这可是成本非常高的，特别是由于在进行更换时反应器必须完全停机。
[0010]与这种丙烯/氨进料系统相关联的第二个问题是运行的不均匀性。这不仅不利地影响系统的生产率，而且还导致了不均匀氮化，这进一步加重了氮化问题。
【发明内容】
[0011]根据本发明，提供了一种新的进料分布器设计，其显著减少了这些问题，并且在一些情况下大致完全消除了问题。
[0012]根据该新分布器设计的一个特征，使用气密性快速断开配件将分布器的主集管管道附连到主集管管道所穿过的反应器的壁，或者将形成进料分布器的各种管道连接到彼此，或者两者。由于该特征，当更换由于过度氮化而变得必要时，更换一些或所有进料分布器所需的时间和劳动显著减少。
[0013]根据该新分布器设计的另一个特征，随着从进料分布器的入口到每个进料喷嘴的行进路径增加，进料喷嘴34的相对直径略微增加。由于该特征，穿过每个进料喷嘴的含氨进料混合物的质量流量变得在进料喷嘴之间更接近均匀。这又导致反应器内部在区域之间更接近均匀的操作，这使得生产率能够最大化。该特征还通过确保正确流量的气体始终流过分布器进料喷嘴来最小化催化剂倒流(back up)，S卩，在启动、停机和甚至正常操作期间催化剂对进料分布器的污染。
[0014]根据该新分布器设计的又一个特征，支管32的直径从其近端到其远端(即，从其连接到主集管管道的端部到其远离主集管管道的端部)减小。由于该特征，流过这些支管的含氨进料混合物的速度沿支管的整个长度且尤其在其远端处保持足够高，以将可存在的任何氨氧化催化剂吹扫到下一进料喷嘴34，以便通过该进料喷嘴从支管内部排放。
[0015]根据该新设计的又一个特征，进料分布器16被细分成多个进料分布器部段，每个部段具有其自己的入口端口以用于从反应器外部接收含氨进料。由于该特征，可实现对反应器在区域间的更好控制，因为单独的控制系统可用来单独地监测和控制每个进料分布器部段中的操作。
[0016]因此，本发明在一个实施例中提供了一种改进的分布器，用于在从氨氧化反应器外部通过反应器的反应器壁且向反应器内部的氨氧化催化剂的流化床内供应含氨进料混合物中使用，该改进的分布器包括:主集管管道；分布器入口，其与主集管管道流体连通，该分布器入口刚性地附连到反应器壁；以及多个支路分布器管道，其与主集管分布器管道流体连通，该支路分布器管道限定进料喷嘴以用于将丙烯/氨进料混合物排入氨氧化催化剂的流化床中，其中分布器入口借助于气密性快速断开配件刚性地附连到反应器壁。
[0017]在另一个实施例中，本发明提供了一种改进的分布器，用于在从氨氧化反应器外部通过反应器的反应器壁且向反应器内部的氨氧化催化剂的流化床内供应含氨进料混合物中使用，该改进的分布器包括:主集管管道；分布器入口，其与主集管管道流体连通；以及多个支路分布器管道，其与主集管分布器管道流体连通，该支路分布器管道限定进料喷嘴以用于将含氨进料混合物排入氨氧化催化剂的流化床中，其中支路分布器管道中的至少一些通过相应的气密性快速断开配件附连到主集管管道。
[0018]在又一个实施例中，本发明提供了一种改进的分布器，用于在从氨氧化反应器外部通过反应器的反应器壁且向反应器内部的氨氧化催化剂的流化床内供应含氨进料混合物中使用，该改进的分布器包括:主集管管道；分布器入口，其与主集管管道流体连通；以及多个支路分布器管道，其与主集管分布器管道流体连通，每个支路分布器管道限定进料喷嘴以用于将含氨进料混合物排入氨氧化催化剂的流化床中，其中进料喷嘴具有至少两种不同的尺寸，其中较小的进料喷嘴位于更靠近分布器入口处，并且较大的喷嘴位于更远离分布器入口处，取决于丙烯/氨进料混合物从分布器入口行进通过分布器到每个喷嘴的距离。
[0019]在又一个实施例中，本发明提供了一种改进的分布器，用于在从氨氧化反应器外部通过反应器的反应器壁且向反应器内部的氨氧化催化剂的流化床内供应氨进料混合物中使用，该改进的分布器包括:主集管管道；分布器入口，其与主集管管道流体连通；以及多个支路分布器管道，每个支路分布器管道具有与主集管管道流体连通的近端和远离主集管管道的远端，每个支路分布器管道还限定用于将含氨进料混合物排入氨氧化催化剂的流化床中的进料喷嘴，其中支路分布器管道中的至少一些的直径从其近端到其远端减小。
[0020]在又一个实施例中，本发明提供了一种改进的分布器，用于在从氨氧化反应器外部通过反应器的反应器壁且向反应器内部的氨氧化催化剂的流化床内供应含氨进料混合物中使用，该改进的分布器包括:主集管管道；分布器入口，其与主集管管道流体连通；以及多个支路分布器管道，其与主集管分布器管道流体连通，该支路分布器管道限定进料喷嘴以用于将含氨进料混合物排入氨氧化催化剂的流化床中，其中改进的分布