專利名稱：用于流化床烴部分氧化反應(yīng)器的分布器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分布器系統(tǒng)，用于向烴部分氧化工藝的流化床反應(yīng)器中恰當(dāng)?shù)丶尤敕磻?yīng)物流，所述烴部分氧化工藝被翻新改進(jìn)為有選擇性地回收并循環(huán)未反應(yīng)的烴。該新型的分布器系統(tǒng)使翻新改進(jìn)現(xiàn)有分布裝置所需的投資成本最小，同時能夠獲得所需的流化和催化劑氧化特性而不會在分布系統(tǒng)內(nèi)部形成可燃性混合物。
背景技術(shù)：
部分氧化產(chǎn)物(如馬來酸酐和丙烯腈)通常是在流化床反應(yīng)器中用大氣空氣對烴(如丁烷、丁烯、丙烯或丙烷)進(jìn)行氧化而制得的。這些方法的烴轉(zhuǎn)化率通常較高(約為75-99％)，以使一次性產(chǎn)率達(dá)到最大。當(dāng)產(chǎn)物被回收進(jìn)入產(chǎn)物回收裝置之后，反應(yīng)器流出物中所含的未反應(yīng)烴被焚化處理。
近年來已提出生產(chǎn)率和選擇性較高的基于循環(huán)的方法，該方法中反應(yīng)器以低得很多的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率操作，以便增強對所需產(chǎn)物的選擇性，未反應(yīng)的烴回收在選擇性回收裝置中并再循環(huán)回到反應(yīng)器。在典型的循環(huán)工藝中，未反應(yīng)烴被選擇性地回收在壓力變動吸附(PSA)裝置中。在分離過程的吸附步驟中，烴被吸附在選擇性吸附劑上，而流出物流中不需要的組分排出PSA裝置進(jìn)入廢物流。在PSA裝置的再生步驟中，通過降低壓力同時用受控量的再生氣體(如空氣)吹掃，將烴解吸出來，回收到回收物流中。調(diào)節(jié)解吸壓力和再生氣體流量，可防止在循環(huán)物流中形成可燃性混合物。此外，可以調(diào)節(jié)這些操作參數(shù)，獲得用來向反應(yīng)器注入物料流的反應(yīng)器分布裝置中的所需線速度。
基于循環(huán)的工藝可用作對現(xiàn)有非循環(huán)工藝和新型基礎(chǔ)工廠的改進(jìn)。在反應(yīng)器入口使用較高的烴和氧氣濃度來提高反應(yīng)器生產(chǎn)率。反應(yīng)物濃度的增加可通過使用富氧空氣或者用氧氣代替一部分空氣來實現(xiàn)。對于翻新改進(jìn)的用途，再循環(huán)回收烴和使用富氧空氣或氧氣都要求對現(xiàn)有反應(yīng)器分布裝置加以改進(jìn)。此外，富氧空氣或氧氣的存在要求對裝置的結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行高成本升級，因此會提高總體投資成本。除此之外，一些催化劑會對高氧氣濃度更加敏感。
參見附圖，圖1示出一種用于非循環(huán)工藝的典型流化床反應(yīng)器，用編號2表示。非循環(huán)反應(yīng)器通常具有兩個或多個反應(yīng)物流和兩個分布器。反應(yīng)物空氣12通常由底部分布器6噴入，汽化烴類物料10通過位于底部分布器6上方一定距離的第二分布器8引入。以這種方式引入反應(yīng)物流使得能獲得多種所需的特性。在反應(yīng)器4底部保持“氧化區(qū)”，在該氧化區(qū)內(nèi)來自反應(yīng)器上部(還原區(qū))14的被還原的催化劑被再次氧化而回復(fù)到其氧化態(tài)。經(jīng)由底部分布器6引入空氣12，循環(huán)的催化劑先與富氧物流接觸。然后，以這種方式被氧化的催化劑向上流去，隨后與經(jīng)第二分布器8引入的烴10接觸。通過與氧化氣氛和還原氣氛的接觸，可以使催化劑壽命增長且使所需的部分氧化產(chǎn)物的選擇性提高。
在反應(yīng)器4底部要保持足夠高的線速度來實現(xiàn)催化劑顆粒的充分流化。加入部分氧化流化床反應(yīng)器4中的全部反應(yīng)物中，大部分是空氣進(jìn)料12。因此，將空氣經(jīng)由底部分布器6引入也就完成了在反應(yīng)器4底部保持恰當(dāng)高的流化速度的任務(wù)。
參見附圖，圖2示出典型的基于循環(huán)的翻新改進(jìn)工藝，總體上用標(biāo)號20表示?；谘h(huán)的反應(yīng)器通常還有兩個另外的反應(yīng)物流，由此要有至少一個另外的分布器22用來向反應(yīng)器4中引入這些物流。因此，現(xiàn)有的分布裝置就必須進(jìn)行改進(jìn)，使其能送入三個至四個單獨的物流，這些物流包括新鮮原料烴10、新鮮原料空氣12、新鮮原料氧氣26和再循環(huán)烴24，而圖1所示的一次性非循環(huán)工藝中只有兩個物流(新鮮原料烴10和新鮮原料空氣12)。典型的基于循環(huán)的翻新改進(jìn)工藝使用了三個單獨的分布器，一個分布器8用于新鮮原料烴10、第二個分布器22用于循環(huán)烴24，第三個分布器6用于空氣和氧氣的混合氣流28。空氣和氧氣的混合氣流28經(jīng)由位于反應(yīng)器4底部的分布器6引入，而新鮮原料烴和循環(huán)烴物流各自經(jīng)由位于底部分布器6上面的分布器8和22引入。以這種方式引入物流能避免形成可燃性混合物，并保持反應(yīng)器4中的氧化和流化特征。
然而，現(xiàn)有的基于循環(huán)的翻新改進(jìn)方法有一些缺點。首先，與一次性非循環(huán)工藝相比需要至少一個另外的分布器。其次，由于引入純氧，因此底部分布器必須由比工業(yè)設(shè)備常用的碳鋼昂貴得多的材料制得。最后，向反應(yīng)器中直接引入純氧會對催化劑壽命潛在地產(chǎn)生負(fù)面影響。這些缺點最終會使得翻新改進(jìn)反應(yīng)器所花費的投資成本較高，需用另外的分布器，為了引入氧氣要求使用昂貴的結(jié)構(gòu)材料，增加催化劑用量，且催化劑壽命縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對一種分布器系統(tǒng)，用于向烴部分氧化工藝的流化床反應(yīng)器中恰當(dāng)?shù)丶尤敕磻?yīng)物流，所述烴部分氧化工藝被翻新改進(jìn)為有選擇性地回收并循環(huán)未反應(yīng)的烴。該分布器系統(tǒng)僅使用了兩個分布器就提高了反應(yīng)器的生產(chǎn)率和選擇性。此外，翻新改進(jìn)現(xiàn)有分布裝置所需的投資成本最小，同時能獲得所需的流化和催化劑氧化特征，而不會在分布系統(tǒng)中形成可燃性混合物。
用于基于循環(huán)的反應(yīng)器的分布器系統(tǒng)具有位于反應(yīng)器底部的第一分布器，用來向反應(yīng)器中加入氧氣和空氣的混合物。第二分布器位于第一分布器上方，向反應(yīng)器中加入氧氣、循環(huán)烴和新鮮原料烴的混合物。對經(jīng)由這兩個分布器的氧氣分布加以控制，以使得能夠使用低成本材料作為底部分布器，同時將由第二分布器加入的混合物保持在可燃性極限之外并且不使催化劑處于高氧氣濃度中。


圖1示出典型的已有技術(shù)一次性反應(yīng)器結(jié)構(gòu)；圖2示出典型的已有技術(shù)基于循環(huán)的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)；圖3示出本發(fā)明優(yōu)選的基于循環(huán)的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的一個實施方案。
具體實施例方式
參見附圖，圖3示出本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，總體上用標(biāo)號32表示。基于循環(huán)的流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)是使得通過位于反應(yīng)器4底部的分布器6注入一部分新鮮原料氧氣26和所有新鮮原料空氣12。將混合物中的氧氣濃度保持在一定的臨界含量(例如35體積％)以下，就可以無需改變而使用現(xiàn)有的分布器材料(一般為低成本碳鋼)。另外，通過位于底部分布器6上方的第二分布器8注入新鮮原料烴10、循環(huán)烴24和余下的新鮮原料氧30。下表1總結(jié)了本實施方案的較佳操作范圍。
表1操作范圍一覽

根據(jù)基于循環(huán)的工藝的總體物料平衡來確定各反應(yīng)器入口氣流(新鮮原料空氣12、新鮮原料氧氣26、新鮮原料烴10和循環(huán)烴24)的流量。總體過程物料平衡受到諸如以下參數(shù)的影響氧氣富集程度、反應(yīng)器性能和用作PSA裝置中再生氣體的空氣量。具體而言，氧氣富集程度和再生氣體量可方便地加以調(diào)節(jié)，以得到所需的流化和催化劑氧化特性而不會在分布系統(tǒng)中形成可燃性混合物。
對于本發(fā)明的烴部分氧化過程，通過氣流26提供的新鮮原料氧構(gòu)成通過新鮮原料氧和氣流混合物所提供氧的55-85％。PSA裝置可進(jìn)行操作，以使得再生氣流的摩爾流量為PSA裝置進(jìn)料的摩爾流量的0-100％，較好是再生氣流的摩爾流量為PSA裝置進(jìn)料的摩爾流量的20-60％。再生氣流流量較低，會使經(jīng)過底部分布器6的氣流增加，原因是需要相應(yīng)較高用量的新鮮空氣。
對于給定的物料平衡，反應(yīng)器的大小優(yōu)選是使得反應(yīng)器空塔速度在1.5-2.5ft/sec之間。對于給定的總體物料平衡，與空氣流12混合的新鮮原料氧26的百分率為20-90％。與空氣流12混合的氧氣26的百分率優(yōu)選是能夠獲得所需流化和催化劑特性而不會在分布系統(tǒng)內(nèi)部形成可燃性混合物的最大百分率。在不能同時獲得這些目標(biāo)的情況下，氧富集程度要降低，這時使用一個新的氧氣分流器(oxygen split)以獲得所需特性。較好是氧氣26和空氣12的混合物以大約0.25∶1.0至1.25∶1.0之間的體積比存在。更好是，該混合物以大約0.4∶1.0至0.65∶1.0之間的體積比存在。
優(yōu)選是以總反應(yīng)器空塔速度的大約25％至50％之間的流量向反應(yīng)器4的分布器6中加入新鮮原料空氣12和氧氣26的混合物。更好是，以總反應(yīng)器空塔速度的大約30％至40％之間的流量向分布器6中加入所述混合物。盡管新鮮原料空氣12和氧氣流26的流量會低于非循環(huán)情況的可比較流量，但反應(yīng)器4底部的線速度足以保持所需的流化特性。
也可以調(diào)節(jié)用于回收烴的PSA裝置的操作，以增加經(jīng)由底部分布器6直接注入的新鮮原料空氣用量，同時降低通過PSA吹掃氣體引入的空氣量。從底部分布器6注入的富氧氣流28，使得在反應(yīng)器4底部建立所需的“氧化區(qū)”。另外，將余下部分的新鮮原料氧30、全部循環(huán)烴24和全部新鮮原料烴10混合，通過位于底部分布器6上方距離優(yōu)選約為0.1英尺(ft.)至10英尺的第二分布器8加入。對轉(zhuǎn)向到該氣流中的新鮮原料氧氣部分30加以控制，以保持混合物的組成足以在爆炸上限(UEL)之上。
較好是，氧氣30、循環(huán)烴24和新鮮原料烴10的混合物以大約在1.0∶45.0∶5.0至1.0∶2.5∶0.5之間的體積比存在。更好是該混合物以大約在1.0∶8.5∶1.0至1.0∶4.0∶0.5之間的體積比存在。該混合物較好是以總反應(yīng)器空塔速度的約50-75％的流量加入分布器8，更好是以總反應(yīng)器空塔速度的約55-70％的流量加入分布器8。
在循環(huán)工藝中以這種方式引入原料物流，只需要兩個分布器。此外，對現(xiàn)有非循環(huán)系統(tǒng)翻新改進(jìn)時可以使用相同的低成本結(jié)構(gòu)材料，如碳鋼或低合金鋼。用該方法還能保持現(xiàn)有非循環(huán)工藝中的所需流化和氧化特性。
盡管本發(fā)明參照具體的實施方案加以說明，但顯然可以在不偏離本文所揭示的發(fā)明內(nèi)容的基礎(chǔ)上作出許多改變、改動和變化。因此，本發(fā)明意在包括落在權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)所有改變、改動和變化。本文所引用的所有專利申請、專利和其它出版物均全部參考結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種用于基于循環(huán)的流化床烴部分氧化反應(yīng)器的分布器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括(a)第一分布器，用于向所述反應(yīng)器中加入氧氣和空氣的混合物；(b)第二分布器，用于向所述反應(yīng)器中加入氧氣、循環(huán)烴和新鮮原料烴的混合物。
2.如權(quán)利要求1所述的分布器系統(tǒng)，其特征在于所述氧氣和空氣的混合物中氧氣和空氣的體積比約0.25∶1.0至1.25∶1.0。
3.如權(quán)利要求1所述的分布器系統(tǒng)，其特征在于所述第一分布器位于所述反應(yīng)器的底部。
4.如權(quán)利要求1所述的分布器系統(tǒng)，其特征在于所述第一分布器由選自碳鋼和低合金鋼的材料構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的分布器系統(tǒng)，其特征在于通過所述第一分布器加入的所述混合物是以占總反應(yīng)器空塔速度約25-50％的流量加入所述反應(yīng)器的。
6.如權(quán)利要求1所述的分布器系統(tǒng)，其特征在于所述氧氣、循環(huán)烴和新鮮原料烴的混合物中氧氣、循環(huán)烴和新鮮原料烴的體積比約1.0∶45.0∶5.0至1.0∶2.5∶0.5。
7.如權(quán)利要求1所述的分布器系統(tǒng)，其特征在于所述第二分布器位于所述第一分布器上方。
8.如權(quán)利要求1所述的分布器系統(tǒng)，其特征在于通過所述第二分布器加入的所述混合物是以占總反應(yīng)器空塔速度約50-75％的流量加入所述反應(yīng)器的。
9.一種向基于循環(huán)的反應(yīng)器加入反應(yīng)物流的方法，該方法包括以下步驟(a)提供位于所述反應(yīng)器底部的第一分布器；(b)向所述第一分布器中加入氧氣和空氣的混合物；(c)提供位于所述第一分布器上方的第二分布器；(d)向所述第二分布器加入氧、循環(huán)烴和新鮮原料烴的混合物。
10.一種部分氧化烴原料的連續(xù)方法，該方法包括以下步驟(a)向位于反應(yīng)器底部的第一分布器中加入氧氣和空氣的混合物；(b)向所述反應(yīng)器內(nèi)位于所述第一分布器上方的第二分布器中加入氧和新鮮原料烴的混合物；(c)使從所述反應(yīng)器中出來的未反應(yīng)烴進(jìn)行循環(huán)，使所述未反應(yīng)烴通過所述第二分布器送回到所述反應(yīng)器中。
全文摘要
本發(fā)明針對一種分布器系統(tǒng),用于向烴部分氧化工藝的流化床反應(yīng)器中恰當(dāng)?shù)丶尤敕磻?yīng)物流,所述烴部分氧化工藝被翻新改進(jìn)為有選擇性地回收并循環(huán)未反應(yīng)的烴。該分布器系統(tǒng)僅使用兩個分布器就提高了反應(yīng)器生產(chǎn)率和選擇性。而且,翻新改進(jìn)現(xiàn)有分布裝置所需的投資成本最小,同時能夠獲得所需的流化和催化劑氧化特性而不會在分布系統(tǒng)內(nèi)部形成可燃性混合物。
文檔編號B01J8/18GK1383911SQ02107919
公開日2002年12月11日 申請日期2002年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月21日
發(fā)明者R·拉馬錢德倫, P·巴拉拉曼 申請人:波克股份有限公司