[发明专利]用于氧化或氨氧化反应器的改进的空气格栅设计

说明书

背景技术

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(disintegration)。

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。