進料分布器的製作方法

2023-05-05 03:15:46

本實用新型涉及一種進料分布器，具體而言涉及一種用於氨氧化反應器的進料分布器。

背景技術：

世界各國普遍採用Sohio法生產丙烯腈，生產過程中，原料有一定的配比要求，如氨與丙烯的比值為1～1.5，空氣與丙烯的比值為8.5～10.5，事實上，這個比值也正好處於丙烯氨的爆炸極限範圍內。在生產過程中，並非三種原料氣混合後進入反應床層中，而是分開進入床層。如圖1所示，在氨氧化反應器中，丙烯與氨的混合氣體(在下文中，有時也稱作原料氣)通過進料分布器1進入床層，空氣則通過空氣進料口進入反應器，經空氣分布器6進入床層。丙烯、氨、空氣在催化劑的作用下，優先進行氨氧化反應，避開了原料氣爆炸濃度範圍。

在丙烯腈生產過程中，丙烯氨分布器長期處於高溫當中，丙烯氨混合氣沿導管流動不斷的被床層加熱，丙烯氨混合氣在導管中行進的長度不一樣，經歷的熱交換時間不一樣，因此不同位置的進料噴嘴內，其溫度也是不同的。由於在高溫下持續暴露氨的存在，氨能分解出活性氮原子，其反應式為2NH3→6H++2[N]。活性氮原子嚮導管滲透，與導管中的金屬原子結合，生成更加穩定的氮化物。當導管中溫度高於金屬氮化反應溫度時，容易導致導管滲氮脆裂的發生。這一結果造成導管脆裂的地方阻力小於正常情況，導致更多的丙烯氨通過裂口進入到床層中，破壞了原料氣均勻分配，進而在床層局部區域由於氣體配比不均而對催化劑造成不可逆的破壞，如局部區域缺氧造成對催化劑的過度還原。

丙烯氨分布器不同位置的部件的溫度不同，導致了這些部件的氮化程度也不一致，根據實際情況，對分布器的不同部件進行更換的時間不同，既增加的實際操作的複雜性，也造成了成本的上升。

圖2A示出了CN1172440A中公開的傳統氨和丙烯混合氣體的進料分布器100。該進料分布器100包括分布器入口(未示出)；主管101；支管102，該支管102與主管101流體連通；設置在支管102上的銳孔103；和噴嘴105，噴嘴105與銳孔103中心重合併垂直於支管102(如圖2B所示)。噴嘴105與位於進料分布器100下方的空氣分布板的氣孔一一對應。

然而，隨著丙烯腈生產能力不斷的提高，裝置大型化、規模化是一種趨勢導向。針對生產規模較大的丙烯腈流化床反應器，例如當流化床反應器直徑為9米時，採用圖2A所示的傳統進料分布器，主管101直徑達500mm以上，這會影響反應氣體在床層的流場分布，導致催化劑流化效果惡化而最終影響到反應結果。因此，傳統形式的丙烯氨進料分布器並不適合裝置大型化的需求。

CN 204017797 U公開了一種用於氨氧化反應器的進料分布器200。如圖2C所示，該進料分布器200具有多個主管201和分別與該多個主管201流體連通的支管202。進料分布器200較好地解決了主管直徑過大的問題。然而，針對直徑超過9米的流化床反應器，由於丙烯腈流化床反應器直徑的增加，原料氣丙烯氨沿主管和支管被分配到反應器的管程也會增長，使進料分布器上距離丙烯氨入口遠端的噴嘴的溫度會高於金屬氮化反應溫度，更容易發生滲氮脆裂，結果導致進料分布器的更換頻率增加。這樣的氨氧化反應器的進料分布器仍然不可避免的會發生離進料入口遠端處的溫度過高的問題，分布器的氮化脆裂問題依然嚴重。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種進料分布器，其能夠有效延長分布器金屬氮化脆裂的時間，同時能夠避免催化劑被不可逆的破壞。

本實用新型提供一種用於流化床反應器的進料分布器，包括並聯的多個子分布器，每個所述子分布器包括：

分布器入口；

主管，該主管與所述分布器入口流體連通；以及

多個支管，該多個支管布置在所述主管的兩側並與所述主管流體連通，

銳孔，該銳孔設置在所述主管和所述支管上、或僅設置在所述支管上，以及

噴嘴，該噴嘴圍繞相應的銳孔設置在相應的所述主管或所述支管上，並且與所述相應的銳孔同軸，

其特徵在於，在氣流方向上相鄰的所述銳孔間的孔間距是相同的。

優選地，所述支管之間相互平行或同心。

優選地，所述主管與所述支管或所述支管的切線垂直。

優選地，沿所述主管的軸向相鄰的所述支管間的垂直距離是相同的。

優選地，所述相鄰支管間的所述垂直距離是所述相鄰的銳孔間的所述孔間距的2倍。

優選地，所述相鄰支管間的所述垂直距離為200～600mm。

優選地，所述入口，所述主管和所述支管處於所述反應器的同一水平截面內，或所述主管和所述支管處於所述反應器的同一水平截面內，或所述支管處於所述流化床反應器的同一水平截面內。

優選地，所述支管的長度為所述流化床反應器的直徑的0.4倍以下。

優選地，在所述主管和所述支管上，在同一截面處設置至少一個銳孔和與之相對應的噴嘴。

優選地，所述噴嘴的長度為50～300mm。

優選地，在所述主管或所述支管上，在同一截面處設置兩個銳孔和與之分別相對應的兩個噴嘴。

優選地，位於所述支管的同一截面處的所述兩個噴嘴之間的角度為30～90°。

優選地，所述噴嘴的末端處於同一平面內，且與空氣分布板的垂直距離相同。

優選地，所述噴嘴的內徑為10～40mm。

優選地，所述主管與所述支管的內徑比為2.0～3.2。

本實用新型的另一方面提供一種用於流化床反應器的進料分布器，包括並聯的多個子分布器，每個所述子分布器包括：

分布器入口；

主管，該主管與所述分布器入口流體連通；

多個支管，該多個支管布置在所述主管的兩側並與所述主管流體連通；

銳孔，該銳孔設置在所述主管和所述支管上、或僅設置在所述支管上；以及

噴嘴，該噴嘴圍繞相應的銳孔設置在相應的所述主管或所述支管上，並且與所述相應的銳孔同軸，

其特徵在於，所述噴嘴的末端處於同一平面內，且呈矩形分布，並與反應器的空氣分布板上的噴嘴一一對應。

優選地，所述支管之間相互平行。

優選地，所述主管與所述支管垂直。

優選地，沿所述主管的軸向相鄰的所述支管間的垂直距離是相同的。

優選地，所述相鄰支管間的所述垂直距離是所述相鄰的銳孔間的所述孔間距的2倍。

優選地，所述相鄰支管間的所述垂直距離為200～600mm。

優選地，所述入口，所述主管和所述支管處於所述流化床反應器的同一水平截面內，或所述主管和所述支管處於所述流化床反應器的同一水平截面內，或所述支管處於所述流化床反應器的同一水平截面內。

優選地，所述支管的長度為所述流化床反應器的直徑的0.4倍以下。

優選地，在所述主管和所述支管上，在同一截面處設置至少一個銳孔和與之相對應的噴嘴。

優選地，所述噴嘴的長度為50～300mm。

優選地，在所述主管或所述支管上，在同一截面處設置兩個銳孔和與之分別相對應的兩個噴嘴。

優選地，位於所述主管或所述支管的同一截面處的所述兩個噴嘴之間的角度為30～90°。

優選地，所述噴嘴的末端處於同一平面內，且與空氣分布板的距離相同。

優選地，所述噴嘴的內徑為10～40mm。

優選地，所述主管與所述支管的內徑比為2.0～3.2。

附圖說明

圖1是現有技術的氨氧化反應器的示意圖。

圖2是現有技術中進料分布器的示意圖，其中，圖2A、圖2C為平面圖，而圖2B為沿圖2A的B-B截取的剖視圖。

圖3是本實用新型的進料分布器的示意圖，其中，圖3A、3C、3D為平面圖，而圖3B為沿圖3A、3C、3D的A-A線截取的剖視圖。

附圖標記說明

1 氨氧化反應器

4 反應器器壁

10，100，200 進料分布器

10i 子分布器

6 空氣分布板

7 冷卻水管

8 空氣進料口

11，101，201 主管

12，102，202 支管

13，103，203 銳孔

14，104，204 噴嘴

具體實施方式

下文中，將以用於氨氧化反應器的進料分布器為例，通過參考附圖詳細說明本實用新型的實施方式。

對本實用新型的進料分布器的分布器入口與反應器器壁的連接方式以及進料分布器主管與外界管線的連接方式沒有具體限定，可以採用本領域的常規連接方式。

如圖3A所示本實用新型的進料分布器10實際上是由多個彼此之間相互獨立並以並聯關係布置的子進料分布器(子分布器)10i組成的。在流化床反應器中，上述的多個子分布器10i，彼此之間可以相互替換。

本實用新型所述的流化床反應器進料分布器10的多個子分布器10i為並聯連接，各個分布器入口處原料氣所處的溫度、壓力是一樣的。理論上，可以根據進料分布器中噴嘴的數量及每個噴嘴分配到相同的原料氣的進料量(標況)來設計不同的子分布器10i來組成用於流化床反應器的進料分布器10。但在實際生產過程中，這樣的設計很難實現，原料氣未必是按設計的氣量流通到進料分布器裡。當採用相同的子分布器10i組成流化床反應器的進料分布器10時，分配到每個子分布器10i的原料氣的量是一樣的。因此，可以有效地將理論設計與實際的誤差減到最小，甚至是消除。流化床反應器進料分布器10中的多個子分布器10i是相同的，可以彼此替換。流化床反應器進料分布器10的相鄰兩個子分布器10i入口沿反應器器壁圓周距離是相等的。

如圖3A所示，本實用新型的進料分布器10中的每個子分布器10i包括：分布器入口(未示出)；主管11，該主管11與分布器入口流體連通；多個支管12，該多個支管12分別與主管11流體連通；銳孔13， 銳孔13以設置在主管11和多個支管12上；以及噴嘴14，對於每一個銳孔13來說，都有一個噴嘴14與之相對應地設置在相應的主管11或支管12上並與該銳孔13同軸，並且每個噴嘴14都垂直於主管11或支管12(如圖3C所示)。

在本實用新型的進料分布器10中，在氣流方向上相鄰的銳孔13之間的孔間距是相等的。此處，所謂「孔間距」是指在主管11或支管12上，一個銳孔13所在的主管11或支管12的截面(簡稱為銳孔截面)與在氣流方向上與該銳孔13相鄰的銳孔13』所在的截面之間的垂直距離，即主管11或支管12上相鄰的銳孔截面之間的垂直距離。並且，主管11上的孔間距與支管12上的孔間距相互之間也是相同的。該「孔間距」是指在主管或支管上的相鄰的銳孔截面之間的垂直距離，而不包括從主管11的銳孔截面到任意一個支管12的銳孔截面的距離。例如，在圖3A中，沿著氣流方向，在主管11上的多個銳孔13中，相鄰的銳孔之間的孔間距是相同的。在各個主管12上，相鄰的銳孔之間的孔間距也是相同的。並且，主管11上的孔間距與支管12上的孔間距也是相同的。

在同一銳孔截面處設置的銳孔個數可以為至少1個。當在一個銳孔截面處設置至少1個銳孔時，相應地，也設置至少1個與銳孔相對應的噴嘴。優選地，在同一銳孔截面處，設置2個銳孔13和2個相對應的噴嘴14。

在圖3A中，原料氣從分布器入口進入，沿主管11流通到與主管相連接的各個支管12中，再通過各個銳孔13流通到噴嘴14，最後由噴嘴14流通到床層中。以此方式，原料氣沿進料分布器管線導向被分散到反應器床層當中。

在本實用新型所述的流化床反應器進料分布器10中，相同的組件應限定在反應器的同一水平截面內。例如，各個進料分布器10i中的同 稱為進料分布器主管的多根主管11應該處於同一水平截面內，同稱為進料分布器支管的所有支管12應該處於同一水平截面內，同稱為進料分布器噴嘴的所有噴嘴14，其末端應該處於同一水平截面，並且與下方的空氣分布板6的垂直距離是相同的。優選地，在本實用新型的進料分布器10中，各個子分布器10i的所有主管11和所有支管12處於反應器的同一水平截面內。最優選地，的各個子分布器10i的所有分布器入口、主管和所有支管均處於同一水平截面內，或所述主管和所述支管處於所述反應器的同一水平截面內，或所述支管處於所述反應器的同一水平截面內。

在本實用新型的各個子分布器10i中，主管11為直管，對支管12的形狀沒有具體限制，例如，可以為直管(圖3A)或弧形管(圖3C)。支管12分布於對應的主管11的兩側，並且同一子分布器10i中的所有支管12相互平行或同心。優選地，沿主管11的軸向相鄰的支管12之間的垂直距離是相同的，並且優選為上述孔間距的2倍。具體而言，以200～600mm為宜，優選260～550mm，更優選300～500mm。支管12或其切線與主管11垂直，並且如圖3A、3B所示，位於主管11兩側的支管12可以相互對齊以與主管11十字相交，或者也可以相互交錯，如圖3D所示。對主管11和支管12的直徑沒有具體限制，但主管11與支管12的直徑(內徑)比優選為2～3.2。

在本實用新型的進料分布器中，根據布置在支管12上的噴嘴14的數量及相鄰噴嘴14之間的距離來確定支管12的長度。在與主管11十字相交的情況下，分別位於主管11兩側的兩根支管12的長度是相同的，或者只相差不超過兩倍於孔間距的距離。另外，該兩根支管12的末端所處的溫度環境比較接近，所以兩者之間的溫差較小，同一根支管12的始端與末端之間的溫差相對而言也是最小的。因此，支管末端溫度低於金屬的氮化反應溫度，延長了金屬氮化脆裂時間，甚至有消除脆裂的可能。與主管十字相交的兩根支管等長或接近等長的情況優於兩根支管一個過長一個過短或支管往單邊的情況。在支管過長的 情況下，原料氣被加熱的程度越高，支管末端的溫度相對也會偏高。對於進料分布器而言，各個部件之間的溫差就大，各個部件氮化程度不一，更換的頻率不一，增加了開停車次數的風險。

在本實用新型的進料分布器10中，主管11的長度低於反應器的半徑，並且各個子分布器10i的主管11之間相互不交錯。在如圖3A和3D所示的形式的進料分布器中，支管的長度為反應器直徑的0.35倍以下，而如圖3B所示的形式的進料分布器中，支管長度為反應器直徑的0.4倍以下，優選為0.35倍以下。當支管的長度在上述範圍內時，各個子分布器10i的支管12與相鄰的子分布器10i的支管12相互之間不交叉不交錯。優選地，本實用新型的進料分布器10的所有噴嘴14的末端都處於同一平面，並與空氣分布板6的距離都相同。更優選的，本實用新型的進料分布器10的所有噴嘴14的末端在處於同一平面內，並在該平面內呈矩形分布，更優選為呈正方形分布。這樣能夠儘可能地保證丙烯氨混合氣體能夠均勻地進入催化劑床層。

在本實用新型的進料分布器10中，原料氣在進入床層前，將在從銳孔13到噴嘴14變徑的過程產生的不規則流動的氣流變為直線流動的氣流。換言之，噴嘴14的作用是用於整流。如圖3C所示，噴嘴14與支管12垂直，同時銳孔13也垂直於支管12，並且噴嘴14與銳孔13中心重合。噴嘴14的內徑定為使得管線內氣體流速以20-35m/s為宜，優選20-30m/s。如果氣速過小，催化劑容易倒灌，氣速過大，會引起催化劑的磨損，因此氣速過大過小都是不利的。具體而言，噴嘴14的內徑優選為12～35mm，更優選為15～30mm。噴嘴的長度以50～300mm為宜，優選為80～280mm，更優選為100～240mm。另一方面，在支管12的同一截面處，對應的銳孔13和噴嘴14的數量不限於1組。而是如圖3所示，可以設定1組以上。當在支管的同一截面處設置兩個銳孔13和對應的兩個噴嘴14時，該兩個噴嘴14間的角度優選為30～90度。另一方面，如上所述，優選地，所有的噴嘴14的末端處於同一水平截面內，並且距離空氣分布板6的距離相同。

實施例

實施例1

進料分布器分別採用圖3B與圖3C結合和圖3B與圖3D結合的形式，流化床反應器直徑為9米。經計算發現，進料分布器採用圖3B和圖3C結合形式和採用圖3B與圖3D結合形式的直徑為9米的流化床反應器，溫度高於金屬氮化反應溫度的噴嘴佔總噴嘴數為0；這樣的進料分布器形式適用於直徑為9米流化床反應器。

實施例2：流化床反應器的直徑分別為9米和12米，進料分布器均採用圖3A與圖3B結合的形式。經計算發現，直徑為9米和直徑為12米的流化床反應器，溫度高於金屬氮化反應溫度的噴嘴佔總噴嘴數均為0，這樣的進料分布器形式不僅適用於直徑為9米流化床反應器，也適用於直徑為12米的流化床反應器。

比較例1：直徑為9米的流化床反應器，其進料分布器採用圖2A和圖2B結合的形式，經計算發現，直徑為9米的流化床反應器，溫度高於金屬氮化反應溫度的噴嘴佔總噴嘴數的4.1％。這樣的進料分布器形式不適用於直徑為9米流化床反應器。

比較例2：直徑為12米的流化床反應器，其進料分布器採用圖2B和圖2C結合的形式，經計算發現，直徑為12米的流化床反應器，溫度高於金屬氮化反應溫度的噴嘴佔總噴嘴數的6.9％。這樣的進料分布器形式不適用於直徑為12米的流化床反應器。

根據本實用新型的進料分布器，即使在用於大直徑的流化床反應器的情況下，也能夠確保所有噴嘴末端的溫度都低於金屬氮化溫度，從而能夠有效延長分布器金屬氮化脆裂的時間，確保原料氣的均勻分布，避免催化劑被不可逆的破壞。