当分布器系统16和空气格栅14之间的距离被控制在6至24英寸(~15至~61cm)、优选地8至12英寸(~20至~30.5cm)内时，商用丙烯腈反应器中不充分的反应物混合以及局部反应器过热点可显著地减轻。此外，空气格栅接触或离开支撑件的移动和空气格栅机械失效的问题可借助于用于将空气格栅附连到反应器的壁以及其内部的支撑梁的改进的系统来基本上完全地消除。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
技术介绍
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。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。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。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。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32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。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直径的若干倍。进料护罩36使得穿出喷嘴34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(disintegrat1n)。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。空气孔76 (在图5中)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喷嘴的气体的快速且充分的混合。就本申请的目的而言，这样的空气喷嘴被称为无盖的。参见U.S.4，801，731。在其它情况下，空气喷嘴可具有安装在其正上方的盖，以优先地沿格栅水平地(以定向或均匀方式)而不是正对着进料护罩竖直地分配空气。这些盖可以是焊接在这样的空气喷嘴上方的小金属罩。将盖附连到格栅的腿部的设计可选择成优化水平气体分布模式。在空气孔上方的这些盖也可设计成防止处于反流化状态的催化剂(i)通过空气孔下落和/或(ii)沉降在盖本身上(例如，通过具有坡面或由角铁制成)。虽然这种一般类型的丙烯/氨进料系统效果良好，但其可存在某些缺点。例如，穿出进料分布器16的丙烯/氨进料混合物与穿出空气格栅14的空气的混合可能是不充分的。这会降低反应器性能，导致反应物向产物的不太理想的转化。此外，由氨氧化催化剂产生的钥垢(molybdenum scale)可造成一小堆这种钥垢加上额外量的夹带的催化剂以小的催化剂堆的形式积聚在空气格栅14的上表面上。这些堆作用类似于其中氨氧化反应持续发生的微型的静止或“固定的”催化剂床。因为固定的催化剂床内部的热传递远弱于在流化床中，所以这些催化剂堆产生局部过热点，该过热点的温度高到足以损坏刚好到达附近的任何流化的催化剂。例如，这样的温度高到足以煅烧到达附近的任何流化催化剂的表面，这继而减小表面积和因此减小催化剂活性。并且，由于形成流化催化剂床的各个催化剂颗粒自由地循环通过其整个体积，所以随时间推移，这些过热点可损坏反应器中的流化床催化剂的所有装料。另外的缺点包括丙烯腈反应器的结构的机械问题。典型的商用丙烯腈反应器在大约400至550° C的相对恒定的温度下操作，但的确会出现波动。此外，氨氧化反应器必须定期停机，以进行正常维护、催化剂更换等，并且由于突发性的故障，诸如例如电源故障。由于正常操作温度如此之高，当反应器在环境温度和正常操作温度之间转变时，反应器内部的温度变化可高达500° C或以上。这种在低温和高温之间的循环可在形成反应器的结构构件上施加相当大的应力，尤其是在它们连接到彼此的地方，因为这些结构构件的固有膨胀和收缩响应于温度变化而发生。随着时间推移，这些应力可导致机械失效，尤其是在由焊接形成的接头处。例如，空气格栅14附连到反应器10的壁12的正常方式在图4中示出。如图所示，空气格栅14由折角(knuckle) 44附连到反应器的侧壁12，该空气格栅14采用在其中具有一系列孔的基本上平坦的金属板40的形式。如在该图中所示，折角44在横截面上采用金属的凹形截面的形式，其上端46与侧壁12基本上齐平且由焊缝48焊接到侧壁12，并且其下端50与空气格栅板40的面对的边缘基本上共平面且由焊缝52焊接到该边缘。在直径31英尺Γ9.4米)的大型商用丙烯腈反应器中，例如，空气格栅板40可响应于在反应器启动和停机期间所经历的温度变化而水平地膨胀和收缩多达1A英寸(1.27cm)。这在折角44上产生很大的应力，且尤其是在用来将折角44附连到空气格栅板40和反应器侧壁12的焊缝48和52。遗憾的是，随时间推移，这些应力可导致机械失效，这又需要长的停机时间以进行修理和/或更换。与上述常规设计相关联的另一个缺点涉及空气格栅挠曲。由于在反应器10停机时空气格栅16必须支撑反应器10内部的催化剂装料的整个重量，因此需要从下方支撑空气格栅板40以适应该重量。通常，这借助于上面搁置空气格栅板40的工字梁系统来实现。在一些反应器设计中，空气格栅板40仅搁置在这些工字梁上。遗憾的是，在这些设计中，空气格栅板40具有在正常操作期间颤动的趋势，这不仅是由于向上移动通过该空气格栅板的空气的力，而且也由于当其温度升高至正常操作温度时其固有的膨胀。在其它设计中，空气格栅板40焊接到这些工字梁的顶部。遗憾的是，在这些设计中，向上移动的空气的力加上空气格栅板的固有膨胀可导致这些焊缝的机械失效。
技术实现思路
根据本公开的技术，已经发现，当分布器系统16和空气格栅14之间本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于在商用氧化或氨氧化反应器中使用的改进的空气格栅系统，所述改进的空气格栅系统包括：连续金属板，其限定上表面、下表面和在所述上表面与所述下表面之间延伸的周边，所述连续金属板还限定一系列空气孔以用于将工艺空气从所述连续金属板的下方朝所述连续金属板的上方导向；以及连接组件，其用于将所述连续金属板的周边附连到所述反应器的侧壁，其中，所述连接组件包括挠性板和配合的隔板，所述挠性板和所述隔板各自包括限定顶部和底部的环形金属片材，所述挠性板和所述隔板均布置成与所述反应器的侧壁基本上一致，其中，所述隔板附连到所述反应器的侧壁，其中，所述挠性板的底部附连到所述连续金属板的周边，并且其中，所述挠性板以使得所述挠性板限定在所述隔板的底部下方延伸的下部的方式附连到所述隔板，以使得因所述丙烯腈反应器内部的温度变化而导致的所述连续金属板直径上的偏差能够通过所述挠性板的下部的挠曲而适应。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：TR麦克唐奈，JR库奇，DR瓦纳，PT瓦赫滕多夫，TG特拉弗斯，
申请(专利权)人：英尼奥斯欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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