分案申請(qǐng)說(shuō)明

本申請(qǐng)系申請(qǐng)日為2013年08月20日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮閜ct/us2013/055689、進(jìn)入中國(guó)國(guó)家階段后的國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?01380049716.4、題為“具有改進(jìn)的抗污損性的反應(yīng)器”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及殼管式氧化反應(yīng)器以及通過(guò)氧化丙烯制造丙烯酸的方法。

相關(guān)技術(shù)的討論

通過(guò)丙烯的固定床催化氧化生產(chǎn)丙烯酸是廣泛實(shí)施的并且涉及將丙烯氧化為中間體丙烯醛并且然后進(jìn)一步將丙烯醛氧化為丙烯酸。已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多的固體微粒類型催化劑來(lái)促進(jìn)這個(gè)兩階段氧化過(guò)程并且用于制備這些催化劑的方法很好地在文獻(xiàn)得到證明中。

總體上，在丙烯酸的生產(chǎn)中，商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)設(shè)施利用兩種組成不同的催化劑，第一級(jí)催化劑以及第二級(jí)催化劑。第一級(jí)催化劑(在此被稱為“r1催化劑”)是混合金屬氧化物(“mmo”)催化劑，該混合金屬氧化物催化劑總體上包含鉬、鉍、以及任選地鐵，并且用于促進(jìn)丙烯向丙烯醛的轉(zhuǎn)化。第二級(jí)催化劑(在此被稱為“r2催化劑”)也是混合金屬氧化物(mmo)催化劑，但這些混合金屬氧化物催化劑總體上包含鉬和釩，并且用于促進(jìn)丙烯醛向丙烯酸的轉(zhuǎn)化。

用于生產(chǎn)丙烯酸的目前商業(yè)規(guī)模方法經(jīng)常利用模仿殼管式熱交換器的反應(yīng)器。典型地，此類商業(yè)反應(yīng)器在單一反應(yīng)器容器中包括從大約12,000個(gè)至高達(dá)大約22,000個(gè)管并且可以具有高達(dá)100千噸/年(220,000,000磅/年)的丙烯酸生產(chǎn)能力，并且以93％的開(kāi)工率(onstreamfactor)運(yùn)行。大規(guī)模的商業(yè)反應(yīng)器，盡管不常見(jiàn)，可以在單一反應(yīng)器容器中包括25,000個(gè)至高達(dá)大約50,000個(gè)管，并且具有高達(dá)225千噸/年(500,000,000磅/年)的生產(chǎn)能力。在此類殼管式類型的反應(yīng)器中，固定催化劑床可以通過(guò)將微粒類型的mmo催化劑裝載到該反應(yīng)器的管中而進(jìn)行組裝。工藝氣體可以流動(dòng)穿過(guò)這些管道，與這些催化劑顆粒直接接觸，而冷卻劑可以穿過(guò)該容器殼體來(lái)去除反應(yīng)熱。典型的冷卻劑包括熔融硝酸鹽以及有機(jī)熱傳遞流體，如dowtherm^tm(道氏熱載體)。從該反應(yīng)器所產(chǎn)生的產(chǎn)物氣體可以在另外的下游設(shè)備(如一個(gè)或多個(gè)驟冷容器、吸收器柱、脫水柱、萃取器、共沸蒸餾塔、以及結(jié)晶器)中被收集和純化，以便獲得適合于出售的，或用于生產(chǎn)丙烯酸酯、高吸水性聚合物、或類似物的丙烯酸產(chǎn)物。

現(xiàn)有技術(shù)中存在兩種常用的基本的殼管式類型氧化反應(yīng)器設(shè)計(jì)：串聯(lián)反應(yīng)器和單反應(yīng)器殼式(“srs”)反應(yīng)器。

串聯(lián)反應(yīng)器總體上包括通過(guò)中間管道串聯(lián)連接的兩個(gè)單獨(dú)的殼管式類型反應(yīng)容器。這兩個(gè)反應(yīng)容器是串聯(lián)運(yùn)行的，從而使得丙烯向丙烯醛的轉(zhuǎn)化可以在該第一反應(yīng)容器(使用r1催化劑)中進(jìn)行并且丙烯醛向丙烯酸的轉(zhuǎn)化可以在該第二反應(yīng)容器(使用r2催化劑)中進(jìn)行。每個(gè)反應(yīng)容器殼體可以配備有它自己的冷卻劑循環(huán)，使得該第一反應(yīng)容器和該第二反應(yīng)容器的工作溫度可以是獨(dú)立于彼此而受控制的。在美國(guó)專利號(hào)4,147,885、美國(guó)專利號(hào)4,873,368、以及美國(guó)專利號(hào)6,639,106中提供了串聯(lián)反應(yīng)器的多個(gè)代表性實(shí)例。在一些實(shí)施例中，可以在該第一反應(yīng)容器與該第二反應(yīng)容器之間添加任選的熱交換器，以便在該中間工藝氣體進(jìn)入該第二反應(yīng)容器中之前將其冷卻。在其他的實(shí)施例中，該串聯(lián)反應(yīng)器設(shè)計(jì)可以結(jié)合“補(bǔ)充性氧化劑進(jìn)料”能力，其中將另外的氧氣(或空氣)通過(guò)在該中間管道上的連接提供至該第二反應(yīng)容器中；此種特征可以允許該串聯(lián)反應(yīng)器在更高的生產(chǎn)速率下進(jìn)行操作和/或降低該反應(yīng)器進(jìn)料中的氧氣濃度，由此減少進(jìn)料系統(tǒng)火災(zāi)的可能性(參見(jiàn)例如美國(guó)專利號(hào)7,038,079)。然而，盡管許多年的發(fā)展和優(yōu)化，丙烯醛的自動(dòng)氧化、中間管道的有機(jī)污垢、以及與具有兩個(gè)反應(yīng)容器(對(duì)比一個(gè))相關(guān)聯(lián)的高資本成本依然是串聯(lián)反應(yīng)器的主要缺點(diǎn)。

srs反應(yīng)器典型地包括具有大致是在串聯(lián)反應(yīng)容器中的管的兩倍長(zhǎng)的多個(gè)管的單一殼管式類型反應(yīng)容器。每個(gè)管的上游端可以裝載有r1催化劑并且每個(gè)管的下游端可以裝載有r2催化劑，從而在每個(gè)管內(nèi)形成兩個(gè)順序的反應(yīng)區(qū)。可以將一定量的惰性材料-如拉西環(huán)-放置在大致每個(gè)管的中點(diǎn)處，從而形成將這兩個(gè)催化反應(yīng)區(qū)與彼此分開(kāi)的所謂的惰性物質(zhì)層。此外，可以將中間管板放置在該srs反應(yīng)器的殼體內(nèi)，大致與該惰性物質(zhì)層是重合的，以便將該殼體分成為上和下冷卻區(qū)。每個(gè)冷卻區(qū)可以配備有它自己的冷卻劑循環(huán)，使得該第一反應(yīng)區(qū)和該第二反應(yīng)區(qū)的工作溫度可以是獨(dú)立于彼此而受控制的。在美國(guó)專利號(hào)6,069,271和美國(guó)專利號(hào)6,384,274中提供了srs反應(yīng)器的代表性實(shí)例。盡管丙烯醛的自動(dòng)氧化可以在該srs反應(yīng)器中在很大部分上被消除，在該級(jí)間區(qū)域和該第二反應(yīng)區(qū)內(nèi)鉬和含碳物質(zhì)的累積仍然是重要的問(wèn)題；這些累積不僅限制了穿過(guò)這些反應(yīng)管的流動(dòng)，從而限制了生產(chǎn)力，而且由于在該r2反應(yīng)區(qū)中對(duì)催化表面的掩蔽還減少了產(chǎn)量。此外，在該srs反應(yīng)器設(shè)計(jì)中利用的這些長(zhǎng)管使得非常難以從這些管的中點(diǎn)去除累積的固體，從而要求使用侵蝕性技術(shù)，如高壓水噴射以及使用鉆孔裝置，如在公開(kāi)的美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)2009/0112367中披露的設(shè)備。該srs反應(yīng)器設(shè)計(jì)的另一個(gè)缺點(diǎn)是不能容易地將它改進(jìn)來(lái)適應(yīng)補(bǔ)充性氧化劑進(jìn)料。

發(fā)明簡(jiǎn)要概述

本發(fā)明的一個(gè)方面提供了包括殼管式類型反應(yīng)器設(shè)計(jì)的單殼開(kāi)放式級(jí)間(“ssoi”)反應(yīng)器，該殼管式類型反應(yīng)器設(shè)計(jì)解決了現(xiàn)有技術(shù)串聯(lián)反應(yīng)器和srs反應(yīng)器的至少一些缺點(diǎn)，同時(shí)經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)商業(yè)量值的丙烯酸。本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器與已知的殼管式反應(yīng)器相比可以提供以下的優(yōu)點(diǎn)的至少一項(xiàng)或多項(xiàng)：通過(guò)使用單一反應(yīng)器容器更低的資本成本、在清潔和催化劑更換過(guò)程中增強(qiáng)的可及性、在該反應(yīng)器內(nèi)減少的含碳固體和氧化鉬累積、跨過(guò)該反應(yīng)器的降低的壓降、除焦所要求的減少的停工時(shí)間、由于固體沉積而減少的催化劑活性的損失、減少的丙烯醛的自動(dòng)氧化、減少的副產(chǎn)物乙酸的形成、通過(guò)對(duì)催化劑使用壽命進(jìn)行匹配而減少的部分催化劑重裝(repack)、以及在反應(yīng)級(jí)之間提供補(bǔ)充性氧化劑的能力。

本發(fā)明的一個(gè)方面涉及上流式單殼開(kāi)放式級(jí)間反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括：

a)第一殼管式反應(yīng)級(jí)，該第一殼管式反應(yīng)級(jí)包括多個(gè)反應(yīng)管，其中該第一反應(yīng)級(jí)的這些反應(yīng)管包括第一催化劑；

b)級(jí)間熱交換器；

c)開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域；以及

d)第二殼管式反應(yīng)級(jí)，該第二殼管式反應(yīng)級(jí)包括多個(gè)反應(yīng)管，其中該第二反應(yīng)級(jí)的這些反應(yīng)管包括第二催化劑；

其中所述級(jí)間熱交換器被安置在所述第一反應(yīng)級(jí)和所述開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域之間，并且其中所述反應(yīng)器被配置為用于上流式運(yùn)行。

本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及單殼開(kāi)放式級(jí)間反應(yīng)器，該反應(yīng)器按工藝流程順序包括：

a)殼管式第一反應(yīng)級(jí)，該殼管式第一反應(yīng)級(jí)包括含有第一催化劑的多個(gè)反應(yīng)管；

b)整合式級(jí)間熱交換器，該整合式級(jí)間熱交換器包括與該第一反應(yīng)級(jí)的多個(gè)反應(yīng)管同軸連續(xù)的多個(gè)管；

c)開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域，該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域包括補(bǔ)充性氧化劑混合組件；以及

d)殼管式第二反應(yīng)級(jí)，該殼管式第二反應(yīng)級(jí)包括含有第二催化劑的多個(gè)反應(yīng)管。

本發(fā)明的又另一個(gè)方面涉及單殼開(kāi)放式級(jí)間反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括：

a)第一殼管式反應(yīng)級(jí)，該第一殼管式反應(yīng)級(jí)包括多個(gè)反應(yīng)管；

b)級(jí)間熱交換器；

c)開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域；以及

d)第二殼管式反應(yīng)級(jí)，該第二殼管式反應(yīng)級(jí)包括多個(gè)反應(yīng)管；

其中該第二反應(yīng)級(jí)的這些反應(yīng)管具有的直徑大于所述第一反應(yīng)級(jí)的這些反應(yīng)管的直徑。

本發(fā)明的其他另外的方面涉及使用在此披露的反應(yīng)器制造丙烯酸的方法。

本發(fā)明的另一些方面涉及用于從丙烯生產(chǎn)丙烯酸的單殼開(kāi)放式級(jí)間反應(yīng)器，該反應(yīng)器按工藝流程順序包括：

a)第一殼管式反應(yīng)級(jí)，該第一殼管式反應(yīng)級(jí)包括多個(gè)反應(yīng)管，其中該第一反應(yīng)級(jí)的這些反應(yīng)管包括第一催化劑，該第一催化劑用于將丙烯氧化來(lái)生產(chǎn)丙烯醛；

b)級(jí)間熱交換器；

c)開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域；以及

d)第二殼管式反應(yīng)級(jí)，該第二殼管式反應(yīng)級(jí)包括多個(gè)反應(yīng)管，其中該第二反應(yīng)級(jí)的這些反應(yīng)管包括第二催化劑，該第二催化劑用于將丙烯醛氧化來(lái)生產(chǎn)丙烯酸；并且

其中該第二反應(yīng)級(jí)的這些反應(yīng)管具有的直徑大于22.3mm(0.878英寸)。

本發(fā)明的還有另外的方面涉及制造丙烯酸的方法：

a)將包含丙烯的混合進(jìn)料氣體提供至位于單殼開(kāi)放式級(jí)間反應(yīng)器的下端部的第一反應(yīng)級(jí)，其中該第一反應(yīng)級(jí)包括混合的金屬氧化物催化劑；

b)使在該第一反應(yīng)級(jí)中的丙烯氧化來(lái)生產(chǎn)包含丙烯醛的工藝氣體；

c)在級(jí)間熱交換器中使該工藝氣體冷卻；

d)將該冷卻的工藝氣體向上穿過(guò)開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域；

e)將該工藝氣體向上傳送到第二反應(yīng)級(jí)，其中該第二反應(yīng)級(jí)包括混合金屬氧化物催化劑；并且

f)使在該第二反應(yīng)級(jí)中的丙烯醛氧化來(lái)生產(chǎn)包含丙烯酸的工藝氣體。

附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1a是表示用于ssoi反應(yīng)器的第一實(shí)施例的管程(工藝)特征的側(cè)視圖。

圖1b是表示用于ssoi反應(yīng)器的第一實(shí)施例的殼程(冷卻劑)特征的側(cè)視圖。

圖1c是表示用于ssoi反應(yīng)器的第一實(shí)施例的管板布局的頂視圖。

圖1d是錐形催化劑保持彈簧的側(cè)視圖。

圖1e是催化劑保持夾的頂視圖。

圖2是表示用于ssoi反應(yīng)器的第二實(shí)施例的管程(工藝)特征的側(cè)視圖。

圖3a是表示用于ssoi反應(yīng)器的第三實(shí)施例的管程(工藝)特征的側(cè)視圖。

圖3b是表示用于ssoi反應(yīng)器的第三實(shí)施例的殼程(冷卻劑)特征的側(cè)視圖。

圖4是表示用于ssoi反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例的管程(工藝)特征的側(cè)視圖，該ssoi反應(yīng)器包括用于補(bǔ)充性氧化劑添加的混合裝置。

圖5是表示用于ssoi反應(yīng)器的另一個(gè)實(shí)施例的管程(工藝)特征的側(cè)視圖，該ssoi反應(yīng)器包括用于補(bǔ)充性氧化劑添加的混合裝置。

圖6是用于補(bǔ)充性氧化劑添加的文丘里混合器的截面?zhèn)纫晥D。

圖7是示出了乙酸％產(chǎn)量對(duì)比第二反應(yīng)級(jí)壓力的關(guān)系的圖示。

圖8是一個(gè)用于制造丙烯酸的整合式工藝的實(shí)施例，包括本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器以及無(wú)溶劑的丙烯酸收集和純化系統(tǒng)。

詳細(xì)說(shuō)明

應(yīng)當(dāng)理解的是上文的概括描述以及下文的詳細(xì)描述均只是示例性的和說(shuō)明性的并且不是對(duì)本發(fā)明傳授內(nèi)容的限制。在本申請(qǐng)中引用的所有的專利和專利申請(qǐng)出于任何目的通過(guò)引用以其全文結(jié)合在此。當(dāng)在這些結(jié)合的文件中的術(shù)語(yǔ)定義顯得與在本發(fā)明傳授內(nèi)容中提供的定義不同時(shí)，在本發(fā)明傳授內(nèi)容中提供的定義應(yīng)該控制。將認(rèn)識(shí)到的是，在本發(fā)明傳授內(nèi)容中所討論的溫度、尺寸、流速、濃度、時(shí)間，等等的之前存在暗含的“大約”，這樣使得輕微的以及無(wú)實(shí)質(zhì)的偏差是在本發(fā)明傳授內(nèi)容的范圍內(nèi)。

除非另外定義，在此描述的與本發(fā)明傳授內(nèi)容相結(jié)合使用的科學(xué)和技術(shù)術(shù)語(yǔ)應(yīng)該具有本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常所理解的含義。此外，除非上下文另外要求，單數(shù)術(shù)語(yǔ)應(yīng)該包括復(fù)數(shù)含義并且復(fù)數(shù)術(shù)語(yǔ)應(yīng)該包括單數(shù)含義。通常來(lái)說(shuō)，與殼管式反應(yīng)器設(shè)計(jì)、丙烯酸生產(chǎn)、以及氧化反應(yīng)相結(jié)合而使用的術(shù)語(yǔ)和技術(shù)是在本領(lǐng)域中所熟知并且常用的那些。如根據(jù)在此提供的這些實(shí)施例所使用的，以下術(shù)語(yǔ)，除非另外指明，應(yīng)該理解為具有以下含義：

如在此使用的，短語(yǔ)“級(jí)間熱交換器”或“ishx”是指位于單一反應(yīng)器的級(jí)之間的熱交換器。例如，該ishx可以被安置在第一反應(yīng)級(jí)與第二反應(yīng)級(jí)之間。

短語(yǔ)“整合式級(jí)間熱交換器”、或“整合式ishx”，是指具有與反應(yīng)級(jí)的反應(yīng)管同軸連續(xù)的多個(gè)管的熱交換器。

短語(yǔ)“開(kāi)放式級(jí)間”或“ois”是指不包括反應(yīng)管并且位于單一反應(yīng)器的級(jí)之間或位于單一反應(yīng)器的級(jí)與級(jí)間熱交換器之間的區(qū)域。例如，該ois可以被安置在級(jí)間熱交換器與第二級(jí)反應(yīng)級(jí)之間。

如在此使用的，短語(yǔ)“高表面面積材料”、以及其變體，是指表面面積與總體積之比為至少78.7m²/m³(24平方英尺/立方英尺)。

如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“惰性材料”是指在催化這些原料或反應(yīng)產(chǎn)物的反應(yīng)上是實(shí)質(zhì)上無(wú)效的材料。例如，在通過(guò)將丙烯氧化來(lái)生產(chǎn)丙烯酸的反應(yīng)器中，惰性材料是對(duì)催化丙烯的氧化或催化丙烯醛的氧化上實(shí)質(zhì)上無(wú)效的材料。

如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“穩(wěn)定的材料”是指當(dāng)被暴露于在該工藝內(nèi)的工藝溫度、工藝操作壓力、或化學(xué)組分時(shí)，不會(huì)變形、熔化、蒸發(fā)、分解、或燃燒的材料。

如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“界面”是指在兩個(gè)相鄰的反應(yīng)器區(qū)段之間的邊界。術(shù)語(yǔ)“連接”是指在界面處在相鄰的反應(yīng)器區(qū)段之間的圓周接觸點(diǎn)并且可以是臨時(shí)的或永久的。術(shù)語(yǔ)“管板”是指安置在界面處的平面表面，所述表面實(shí)質(zhì)上在該反應(yīng)器的整個(gè)截面上延伸并且包括多個(gè)孔(這些反應(yīng)管的端部穿過(guò)這些孔)。通過(guò)已知的手段如焊接或輥軋將這些反應(yīng)管的端部附接到該管板上，并且將該管板在它的外部圓周處進(jìn)一步附接到該容器殼體上，由此防止殼程冷卻劑從一個(gè)區(qū)段傳送到另一個(gè)區(qū)段。術(shù)語(yǔ)“級(jí)間擋板”是指安置在界面處的平面表面，所述表面實(shí)質(zhì)上在該整個(gè)反應(yīng)器截面上延伸并且包括多個(gè)孔(這些反應(yīng)管穿過(guò)這些孔)。然而，與管板不同，不將這些反應(yīng)管附接到該擋板上，并且在相鄰的區(qū)段之間允許殼程冷卻劑的流體連通。最后，術(shù)語(yǔ)“區(qū)段式擋板”是指并非安置在界面處的平面表面，所述表面只在該反應(yīng)器截面的一部分上延伸并且包括多個(gè)孔(這些反應(yīng)管穿過(guò)這些孔)。與級(jí)間擋板相同，不將這些反應(yīng)管附接到區(qū)段式擋板上，并且在相鄰的區(qū)域的相對(duì)的表面之間允許殼程冷卻劑的流體連通。

當(dāng)提及管時(shí)，術(shù)語(yǔ)“直徑”以及“截面面積”，用于定義該管的尺寸而不是該管的形狀。在此提供的這些實(shí)例使用具有圓形截面的管，但可以使用具有其他形狀的管。對(duì)于具有其他形狀的管，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解當(dāng)考慮到由替代的形狀產(chǎn)生的任何變化時(shí)(例如，熱傳遞、質(zhì)量傳遞，等等)，通過(guò)確定截面面積可以將在此披露的這些直徑轉(zhuǎn)換為對(duì)于替代形狀的適當(dāng)?shù)某叽纭Ｐg(shù)語(yǔ)“直徑”和“截面面積”用于指該管的開(kāi)口的直徑或截面面積，即內(nèi)徑或截面面積。

如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“上流式”和“下流式”涉及相對(duì)于重力穿過(guò)該反應(yīng)器的流動(dòng)方向。上流式描述了對(duì)抗重力而行進(jìn)的向上豎直的工藝流動(dòng)。下流式描述了在重力的方向上行進(jìn)的向下工藝流動(dòng)。

術(shù)語(yǔ)“停留時(shí)間”是指氣體在一個(gè)或多個(gè)限定的區(qū)段中所花費(fèi)的時(shí)間的量值。例如，該停留時(shí)間可能是指在該ishx中所花費(fèi)的時(shí)間的量值。類似地，該停留時(shí)間可以是指在多個(gè)區(qū)段中所花費(fèi)的時(shí)間的量值，如例如，在該ishx和ois區(qū)段中所花費(fèi)的時(shí)間的組合的量值。除非另外指明，在240℃和30psia(2atm)壓力的基準(zhǔn)條件下確定在該反應(yīng)器內(nèi)的工藝氣體流動(dòng)的停留時(shí)間。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，該ssoi反應(yīng)器按工藝流程順序包括：

a)入口反應(yīng)器蓋；

b)殼管式第一反應(yīng)級(jí)；

c)整合式級(jí)間熱交換器；

d)開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域；

e)殼管式第二反應(yīng)級(jí)；以及

f)出口反應(yīng)器蓋。

該第一反應(yīng)級(jí)(“r1”)可以包括多個(gè)反應(yīng)管，其每個(gè)可以填充有催化劑，例如，r1催化劑。當(dāng)用于將丙烯氧化來(lái)形成丙烯酸時(shí)，該r1催化劑可以是選自鉬、鉍、以及鐵的氧化物的mmo催化劑。

該第一反應(yīng)級(jí)可以包括殼程冷卻劑。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)的是可以對(duì)該冷卻劑和冷卻循環(huán)進(jìn)行選擇以及設(shè)計(jì)來(lái)滿足該具體應(yīng)用的熱傳遞需要。

該第二反應(yīng)級(jí)(“r2”)可以包括多個(gè)反應(yīng)管。該r2反應(yīng)管可以填充有催化劑(r2催化劑)來(lái)催化該第二級(jí)的反應(yīng)。在該示例性的反應(yīng)中，其中在r2中將丙烯醛氧化來(lái)形成丙烯酸，該r2催化劑可以包含選自鉬和釩氧化物的mmo。該第二反應(yīng)級(jí)的殼程可以包括冷卻劑。該第二反應(yīng)級(jí)的冷卻劑可以是獨(dú)立于該第一反應(yīng)級(jí)的冷卻劑而受控制的?？商娲兀摰诙磻?yīng)級(jí)的冷卻劑可以是與該第一反應(yīng)級(jí)的冷卻劑一起而受控制的。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，該ishx可以包括殼程冷卻劑。該ishx冷卻劑可以是分開(kāi)地或與該第一反應(yīng)級(jí)冷卻劑一起而受控制的。在至少一個(gè)實(shí)施例中，該ishx冷卻劑是獨(dú)立于該第一反應(yīng)級(jí)冷卻劑而受控制的。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，該ishx冷卻劑將離開(kāi)該ishx的工藝氣體的溫度維持在240℃與280℃之間。

在本披露的至少一個(gè)實(shí)施例中，這些r1和r2反應(yīng)管可以具有不同的直徑或截面面積。例如，這些r2反應(yīng)管可以大于這些r1反應(yīng)管?？商娲兀@些r1和r2反應(yīng)管可以具有相同的直徑或截面面積。在至少一個(gè)實(shí)施例中，這些r2反應(yīng)管可以具有的截面面積比這些r1反應(yīng)管的截面面積大出至少25％。在另外的實(shí)施例中，這些r2反應(yīng)管可以具有的截面面積比這些r1反應(yīng)管的截面面積大出至少50％。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，這些r1反應(yīng)管可以具有22.3mm(0.878英寸)或更小的直徑。在其他的實(shí)施例中，這些r1反應(yīng)管可以具有的直徑為大于22.3mm(0.878英寸)，如例如，25.4mm(1英寸)或更大。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，在該ssoi反應(yīng)器內(nèi)的第二反應(yīng)級(jí)的這些管的內(nèi)徑可以是大于22.3mm。在至少一個(gè)實(shí)施例中，這些r1和r2反應(yīng)管具有大于22.3mm(0.878英寸)的直徑。在另外的實(shí)施例中，在該ssoi反應(yīng)器內(nèi)的第二反應(yīng)級(jí)的這些管的內(nèi)徑的范圍是從23.6mm至50mm。在至少一個(gè)實(shí)施例中，在該ssoi反應(yīng)器內(nèi)的第二反應(yīng)級(jí)的這些管的內(nèi)徑是至少25.4mm(1英寸)。根據(jù)本披露的實(shí)施例，該第二反應(yīng)級(jí)的這些反應(yīng)管在長(zhǎng)度上是不大于4,500mm(177英寸)。

對(duì)更大直徑的管的排熱的負(fù)面影響可以通過(guò)在一個(gè)或多個(gè)其他設(shè)計(jì)變量上適當(dāng)?shù)恼{(diào)整而補(bǔ)償，該設(shè)計(jì)變量為如例如，殼程擋板的數(shù)量、擋板幾何形狀和布局、管板布局和在管之間的間距(也被稱為管間距(tubepitch))、冷卻鹽的循環(huán)速率、以及冷卻鹽的供應(yīng)溫度。例如，在實(shí)施例中，使用穿過(guò)該反應(yīng)器殼體的低鹽循環(huán)速率，由此將對(duì)該鹽循環(huán)泵的功率要求最小化；此類設(shè)計(jì)原理可能通常導(dǎo)致高達(dá)高達(dá)14℃至17℃(25°f至30°f)的穿過(guò)該反應(yīng)器殼體的鹽的溫度上升(外面的鹽溫度相對(duì)于里面的鹽溫度)。在可替代的實(shí)施例中，使用高鹽循環(huán)速率并且穿過(guò)該反應(yīng)器殼體的鹽的溫度上升是被約束在僅僅1℃至3℃(2°f至5°f)的范圍內(nèi)。

使用來(lái)自htri或類似物的可商購(gòu)的設(shè)計(jì)軟件，在熱交換器設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)此類設(shè)計(jì)調(diào)整；可替代地，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)服務(wù)可以被外包至已建立的反應(yīng)器制造公司，如例如，曼恩透平機(jī)械公司(manturboag，原名deggendorferwerftandeisenbaugmbh)，他們將使用他們自己的已良好建立的設(shè)計(jì)規(guī)則和方法學(xué)。

類似地，在r1和r2中的反應(yīng)管的數(shù)量可能是相同的或不同的。在至少一個(gè)實(shí)施例中，r1反應(yīng)管的數(shù)量可以大于r2反應(yīng)管的數(shù)量。在至少一個(gè)另外的實(shí)施例中，r1反應(yīng)管的數(shù)量可以大于r2反應(yīng)管的數(shù)量，并且r2反應(yīng)管可以具有大于r1反應(yīng)管的直徑或截面面積。

在此披露的ssoi反應(yīng)器可以被配置為用于上流式或下流式運(yùn)行。在至少一個(gè)實(shí)施例中，該ssoi反應(yīng)器被配置為用于上流式運(yùn)行。在上流式ssoi反應(yīng)器中，該入口反應(yīng)器蓋位于該ssoi反應(yīng)器的底部并且該出口反應(yīng)器蓋位于該ssoi反應(yīng)器的頂部。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，該ois區(qū)域包括補(bǔ)充性氧化劑供應(yīng)。當(dāng)該補(bǔ)充性氧化劑供應(yīng)存在時(shí)，該ois區(qū)域可以進(jìn)一步包括補(bǔ)充性氧化劑混合組件。

在其中從丙烯的氧化來(lái)生產(chǎn)丙烯酸的實(shí)施例中，在該ishx以及該ois兩者內(nèi)的合并的停留時(shí)間(在此被稱為該“級(jí)間停留時(shí)間”)是3秒或更小。在至少一個(gè)實(shí)施例中，在該ishx內(nèi)的停留時(shí)間是小于1.5秒。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于未反應(yīng)的丙烯濃度和未反應(yīng)的丙烯醛濃度，可以使用至少一種在線分析儀，如例如，氣相色譜儀、近紅外的(“nir”)分析儀、可調(diào)諧二極管激光器(“tdl”)、或拉曼光譜儀中的一種或多種來(lái)對(duì)該運(yùn)行ssoi反應(yīng)器的這些工藝氣體進(jìn)行監(jiān)控，并且可以調(diào)節(jié)至該第一反應(yīng)級(jí)和該第二反應(yīng)級(jí)的鹽供應(yīng)溫度來(lái)控制丙烯以及丙烯醛的轉(zhuǎn)化率。在一個(gè)實(shí)施例中，可以調(diào)節(jié)該第一級(jí)冷卻鹽的供應(yīng)溫度(tr1鹽)來(lái)將丙烯轉(zhuǎn)化率維持在94％或更大、在95％或更大、或在96.5％或更大。

在另一個(gè)實(shí)施例中，可以調(diào)節(jié)該第一級(jí)冷卻鹽的供應(yīng)溫度(tr1鹽)來(lái)將在該ssoi反應(yīng)器產(chǎn)物氣體中的未反應(yīng)的丙烯濃度維持在0.05mol％與0.35mol％之間，如例如，在0.13mol％至0.26mol％之間。在一個(gè)實(shí)施例中，可以調(diào)節(jié)該第二級(jí)冷卻鹽的供應(yīng)溫度(tr2鹽)來(lái)將丙烯醛轉(zhuǎn)化率維持在98％或更大，如在99％或更大、或在99.5％或更大。

在另一個(gè)實(shí)施例中，可以調(diào)節(jié)該第二級(jí)冷卻鹽的供應(yīng)溫度(tr2鹽)來(lái)將在該ssoi反應(yīng)器產(chǎn)物氣體中的未反應(yīng)的丙烯醛濃度維持在不大于500ppm，如例如，不大于300ppm。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以在該反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)配備溫度測(cè)量裝置，如熱電偶或電阻式熱器件(rtd)來(lái)監(jiān)控工藝工作條件以及來(lái)任選地作為用于該反應(yīng)系統(tǒng)的安全儀表系統(tǒng)(sis)內(nèi)的傳感器。單獨(dú)的和多點(diǎn)的e-類型、j-類型、以及k-類型的熱電偶都適合于用于本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器并且從多個(gè)供應(yīng)商可商購(gòu)的，這些供應(yīng)商包括美國(guó)德克薩斯州威利斯的sti制造公司(stimanufacturinginc.ofwillis)；美國(guó)密蘇里州圣路易斯市的華特羅電子制造公司(watlowelectricmanufacturingcompany)、美國(guó)德克薩斯州休斯頓市的sandelius儀器公司(sandeliusinstrumentsinc.)、以及美國(guó)德克薩斯州帕薩迪納市的gayesco國(guó)際公司(gayescointernationalinc.)。

可以任選地將一個(gè)或多個(gè)熱電偶放置在該入口蓋、出口蓋、進(jìn)口管路、出口管路、以及開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域的一處或多處內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將多個(gè)熱電偶放置在該反應(yīng)器進(jìn)口蓋內(nèi)而用于與sis關(guān)閉系統(tǒng)一起使用。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施例，可以將至少4個(gè)熱電偶安裝在該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域內(nèi)并且可以將這些熱電偶均勻地分布在整個(gè)級(jí)間區(qū)域內(nèi)。此外，可以任選地將熱電偶直接附接到在該反應(yīng)器內(nèi)的這些管板上。

多個(gè)多點(diǎn)工藝熱電偶可以用在該反應(yīng)器的這些管內(nèi)，以便在沿該管的軸線的不同的距離監(jiān)控工藝側(cè)催化劑溫度。在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以將多個(gè)多點(diǎn)鹽熱電偶放置在該反應(yīng)器的這些管內(nèi)，以便監(jiān)控沿該反應(yīng)器的長(zhǎng)度的殼程鹽溫度。然而，應(yīng)該指出的是，多點(diǎn)工藝熱電偶以及多點(diǎn)鹽熱電偶不能在同一個(gè)反應(yīng)器管中共存。

在一個(gè)實(shí)施例中，在具有22.3mm內(nèi)徑的第一反應(yīng)級(jí)管內(nèi)使用多點(diǎn)工藝熱電偶組件，該多點(diǎn)工藝熱電偶組件包括沿其長(zhǎng)度以不同間隔被放置的并且容納在3.2mm外徑鞘內(nèi)的14個(gè)熱電偶接點(diǎn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，在具有25.4mm內(nèi)徑的第一反應(yīng)級(jí)管內(nèi)使用多點(diǎn)工藝熱電偶組件，該多點(diǎn)工藝熱電偶組件包括至少10個(gè)沿其長(zhǎng)度以等間隔被放置的并且容納在6mm外徑鞘內(nèi)的熱電偶接點(diǎn)。在這兩個(gè)實(shí)施例的任一個(gè)中，該工藝熱電偶組件可以是沿該反應(yīng)管的中心線而定向的并且該催化劑和惰性物質(zhì)可以被放置在該管的剩余環(huán)形空間內(nèi)。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，至少4個(gè)反應(yīng)器管(如例如，至少6個(gè)管、或至少10個(gè)管)可以裝配有此類多點(diǎn)工藝熱電偶組件。類似地，在一個(gè)實(shí)施例中，在具有22.3mm內(nèi)徑的第一反應(yīng)級(jí)管內(nèi)使用多點(diǎn)鹽熱電偶組件，該多點(diǎn)鹽熱電偶組件包括沿其長(zhǎng)度以等間隔被放置的并且容納在3.2mm外徑鞘內(nèi)的4個(gè)熱電偶接點(diǎn)。

在替代實(shí)施例中，在具有25.4mm內(nèi)徑的第一反應(yīng)級(jí)管內(nèi)可以使用多點(diǎn)鹽熱電偶組件，該多點(diǎn)鹽熱電偶組件包括至少3個(gè)沿其長(zhǎng)度以等間隔被放置的并且容納在6mm外徑鞘內(nèi)的熱電偶接點(diǎn)。至少4個(gè)反應(yīng)器管(如例如，至少6個(gè)管、或至少10個(gè)管)可以裝配有此類多點(diǎn)鹽熱電偶組件。在一個(gè)實(shí)施例中，該鹽熱電偶組件可以沿該反應(yīng)管的中心線而定向，惰性球體被放置在該管的剩余環(huán)形空間內(nèi)，并且可密封的帽或塞子被放置在至少該管的上游端，以便防止穿過(guò)該管的軸向工藝氣體流動(dòng)。在替代實(shí)施例中，該鹽熱電偶組件可以沿該反應(yīng)管的中心線而定向，并且小直徑(例如，不大于4mm直徑)的惰性顆粒，如例如，沙、氧化鋁粉末、或碳化硅粗砂，可以被放置在該管的剩余環(huán)形空間內(nèi)，以便提供對(duì)軸向工藝氣體流動(dòng)的高耐受性；此類實(shí)施例可以進(jìn)一步任選地在至少該管的上游端包括可密封的蓋或塞子。

在一個(gè)實(shí)施例中，在具有22.3mm內(nèi)徑的第二反應(yīng)級(jí)管內(nèi)可以使用多點(diǎn)工藝熱電偶組件，該多點(diǎn)處理熱電偶組件包括至少8個(gè)沿其長(zhǎng)度以不同間隔被放置的并且容納在3.2mm外徑鞘內(nèi)的熱電偶接點(diǎn)。在另一個(gè)實(shí)施例中，在具有25.4mm內(nèi)徑的第二反應(yīng)級(jí)管內(nèi)可以使用多點(diǎn)處理熱電偶組件，該多點(diǎn)處理熱電偶組件包括至少10個(gè)沿其長(zhǎng)度以等間隔被放置的并且容納在6mm外徑鞘內(nèi)的熱電偶接點(diǎn)。該工藝熱電偶組件可以是沿該反應(yīng)管的中心線而定向的，并且催化劑和惰性物質(zhì)可以被放置在該管的剩余環(huán)形空間內(nèi)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，至少4個(gè)反應(yīng)器管(如例如，至少6個(gè)管、或至少10個(gè)管)裝配有此類多點(diǎn)工藝熱電偶組件。類似地，在一個(gè)實(shí)施例中，在具有22.3mm內(nèi)徑的第二反應(yīng)級(jí)管內(nèi)可以使用多點(diǎn)鹽熱電偶組件，該多點(diǎn)鹽熱電偶組件包括至少2個(gè)沿其長(zhǎng)度以不同間隔被放置的并且容納在3.2mm外徑鞘內(nèi)的熱電偶接點(diǎn)。

在替代實(shí)施例中，在具有25.4mm內(nèi)徑的第二反應(yīng)級(jí)管內(nèi)可以使用多點(diǎn)鹽熱電偶組件，該多點(diǎn)鹽熱電偶組件包括至少3個(gè)沿其長(zhǎng)度以等間隔被放置的并且容納在6mm外徑鞘內(nèi)的熱電偶接點(diǎn)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，至少4個(gè)反應(yīng)器管(如例如，至少6個(gè)管、或至少10個(gè)管)可以裝配有此類多點(diǎn)鹽熱電偶組件。在一個(gè)實(shí)施例中，該鹽熱電偶組件可以沿該反應(yīng)管的中心線而進(jìn)行定向，將惰性球體放置在該管的剩余環(huán)形空間內(nèi)，并且將可密封的帽或塞子放置在至少該管的上游端，以便防止穿過(guò)該管的軸向工藝氣體流動(dòng)。在替代實(shí)施例中，該鹽熱電偶組件可以沿該反應(yīng)管的中心線而定向，并且將小直徑(例如，不大于4mm直徑)的惰性顆粒，如例如，沙、氧化鋁粉末、或碳化硅粗砂，放置在該管的剩余環(huán)形空間內(nèi)，以便提供對(duì)軸向工藝氣體流動(dòng)的高耐受性；此類實(shí)施例可以進(jìn)一步任選地在至少該管的上游端包括可密封的帽或塞子。

圖1a、1b、以及1c組合表示單殼開(kāi)放式級(jí)間(“ssoi”)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)施例。這個(gè)實(shí)施例的反應(yīng)器具有大約5,600mm(18.4英尺)的殼體直徑以及大于15240mm(50英尺)的總長(zhǎng)度。在典型的進(jìn)料比以及1770hr^-1(在0℃和1atm下確定的)的總進(jìn)料氣體空間速率下，這個(gè)實(shí)施例的反應(yīng)器具有大約100千噸的丙烯酸的標(biāo)稱年生產(chǎn)能力。

進(jìn)料氣體(包含，例如，丙烯、蒸汽、氧氣、以及氮?dú)?從頂部(參見(jiàn)圖1a)進(jìn)入該反應(yīng)器，豎直地向下流動(dòng)穿過(guò)該反應(yīng)器，并且在底部離開(kāi)該反應(yīng)器。這個(gè)安排因此是下流式工藝配置。

該反應(yīng)器的主要區(qū)段包括入口蓋100、第一反應(yīng)級(jí)110(“r1”)、級(jí)間熱交換器130(“ishx”)、開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域150、第二反應(yīng)級(jí)160(“r2”)、以及出口蓋180。除非另外指明，所有的反應(yīng)器部件可以由碳鋼，如例如asmesa-516級(jí)70碳鋼構(gòu)造。

在相鄰區(qū)段之間的界面，在該圖中識(shí)別為105、125、145、155、以及175，可以包括永久性(例如，焊接的)連接或可以任選地包括可分離的連接，如用多個(gè)緊固件(如例如螺栓或夾鉗)固定的法蘭連接。在圖1a的實(shí)施例中，界面105和界面175是可分離的連接，從而允許為了催化劑更換而容易地拆除入口蓋100和出口蓋180，而界面125、145以及155是焊接的連接。

在這個(gè)實(shí)施例中，反應(yīng)器入口蓋100是由用于增加的抗腐蝕性的316不銹鋼構(gòu)造的。反應(yīng)器入口蓋100和出口蓋180均還結(jié)合了任選的溫度控制部件(未示出)，如例如電伴熱、蒸汽加熱夾套、以及循環(huán)鹽熱傳送盤(pán)管，用于將內(nèi)表面溫度維持在該工藝氣體流的露點(diǎn)溫度之上。還可以在該反應(yīng)器蓋以及在別處在該反應(yīng)器殼體和相關(guān)聯(lián)的管路系統(tǒng)上使用外絕緣。

反應(yīng)器入口蓋100和出口蓋180可以進(jìn)一步裝配有一個(gè)或多個(gè)任選的應(yīng)急泄壓裝置(未示出)，如例如，壓力安全閥(psv)或爆破片。在一些實(shí)施例中，反而可以在與該反應(yīng)器連接的入口和/或出口管路上安裝此類應(yīng)急泄壓裝置。

再次參見(jiàn)圖1a，第一反應(yīng)級(jí)110具有4,600mm(15英尺)的長(zhǎng)度并且包括多個(gè)無(wú)縫碳鋼管，在該圖中總體上表示為115a、115b、以及115c?？梢詫⒃谠摰谝环磻?yīng)級(jí)中的每個(gè)管的入口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r1入口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與可分離的連接105相同的位置)。在第一反應(yīng)級(jí)110內(nèi)的每個(gè)管延伸穿過(guò)級(jí)間擋板126(參見(jiàn)圖1b)并且完全穿過(guò)具有2,100mm(6.9英尺)的長(zhǎng)度的級(jí)間熱交換器130。這意味著管段135a是管115a的下端部，管段135b是管115b的下端部，管段135c是管115c的下端部，以此類推。其結(jié)果是，這些同軸連續(xù)的管的實(shí)際長(zhǎng)度是6,700mm(22英尺)，等同于在可分離的連接105與焊接的連接145之間的距離?？梢詫⒚總€(gè)管段135a、135b、以及135c的出口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該ishx管板上(本身未示出，但在該圖中位于與焊接的連接145相同的位置)。這個(gè)設(shè)計(jì)特征，在其中該第一反應(yīng)級(jí)的這些管與該級(jí)間熱交換器的管是連續(xù)的，并且其中該第一反應(yīng)級(jí)與該級(jí)間熱交換器兩者共享共同的容器外殼，在此被稱為整合式級(jí)間熱交換器。應(yīng)該指出的是，級(jí)間擋板126與真正的管板的不同之處在于沒(méi)有管-至-擋板的附接(例如，焊接)；反而，穿過(guò)級(jí)間擋板126的這些穿孔具有的內(nèi)徑輕微大于這些管(115a、b、c)的外徑，使得在每個(gè)管周?chē)纬稍?.25mm與2.5mm之間寬的小環(huán)形間隙(未示出)。因?yàn)檫@個(gè)環(huán)形間隙，小體積的ishx冷卻鹽(優(yōu)選在輕微高于該r1冷卻鹽的壓力下被供應(yīng))可以連續(xù)地穿過(guò)該級(jí)間擋板并且與該r1冷卻鹽循環(huán)并合。鑒于本披露的益處，用于將適當(dāng)體積的鹽從該r1循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)回到該ishx循環(huán)系統(tǒng)的手段容易地由工藝工程領(lǐng)域的普通技術(shù)人員指明并且不需要在此進(jìn)一步詳細(xì)描述。

在這個(gè)實(shí)施例中，該r1入口管板具有5,517mm(18.1英尺)的直徑并且包括22,000個(gè)管。圖1c表示從上方所觀察到的該r1入口管板的布局。這個(gè)視圖顯示了在該管板的中心(在其中不存在管)存在圓形區(qū)域(由虛線圓指示的)；這排空了具有大約為1,144mm(3.75英尺)直徑的圓形區(qū)域。這些管具有22.3mm(0.878英寸)的內(nèi)徑以及26.9mm(1.060英寸)的外徑。將這些管以60度三角形模式安排，具有34mm(1.34英寸)的管板間距，從而導(dǎo)致在這些管板之間7mm(0.275英寸)的距離。從這些尺寸，可以計(jì)算管間距(t)與該管的外徑(da)的比率，如在美國(guó)專利7,226,567所定義的：

t＝(26.9+7)并且da＝(26.9)，因此t/da＝1.26

許多r1催化劑是可商購(gòu)的并且適合于用于本發(fā)明的ssoi反應(yīng)設(shè)備中。實(shí)例包括但不限于這些第一級(jí)(r1)催化劑：acf、acf-2、acf-4、acf-7、和acf-8(所有從日本的日本催化劑株式會(huì)社(nipponshokubaiofjapan)是可商購(gòu)的)，以及yx-38、yx-111、和yx-129(所有從日本的日本化藥株式會(huì)社(nipponkayakuofjapan)是可商購(gòu)的)。這些r1催化劑中的一些是以多于一種尺寸而可獲得的，例如acf-7催化劑是作為大和小尺寸的柱體(在此被指定為acf-7l(大的)和acf-7s(小的))而可獲得的并且可以單獨(dú)或組合使用。這些r1管的部分還可以包括惰性材料，如例如6.4mm(0.25英寸)的denstone57球體(從美國(guó)亞克朗市的諾頓化工產(chǎn)品公司(nortonchemicalprocessproductscorp)可獲得的)，以便在每個(gè)管內(nèi)的特定位置上造成預(yù)加熱或冷卻區(qū)。在該第一反應(yīng)級(jí)的這些管中的適當(dāng)?shù)膔1催化劑以及惰性材料的選擇和安裝是在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的能力內(nèi)。

高空隙率、引發(fā)湍流的插入件可以放置在該級(jí)間熱交換器的這些管段(135a、b、c)內(nèi)來(lái)增強(qiáng)熱傳遞，而沒(méi)有累積污垢。高空隙率是指大于85％的空隙率并且優(yōu)選大于90％的空隙率。在這個(gè)具體的實(shí)施例中，螺旋形金屬帶，在此被稱為“螺旋狀(twistee)”插入件，被放置在每個(gè)管內(nèi)。每個(gè)螺旋狀插入件是由1.57mm(0.062英寸)厚碳鋼的單一矩形帶制造的，該碳鋼測(cè)量為19.1mm(0.750英寸)寬，以及2,057mm(81英寸)長(zhǎng)。可以將該帶圍繞其長(zhǎng)軸線機(jī)械地扭曲來(lái)獲得均勻的螺旋形幾何形狀，該螺旋形幾何形狀包括每英尺(305mm)長(zhǎng)度一個(gè)360度的旋轉(zhuǎn)以及2,032mm(80英寸)的最終長(zhǎng)度。然后可以由1.6mm(1/16英寸)直徑的金屬絲形成外徑為17.5mm(11/16英寸)的金屬環(huán)并且被附接到該螺旋狀插入件的上游端，垂直于該螺旋插入件的長(zhǎng)軸線而定向，以便有助于在該管內(nèi)的引發(fā)湍流的插入件的放置。

在一些實(shí)施例中，8×8金屬絲網(wǎng)(包括0.035英寸(0.9mm)金屬絲)還可以固定到在該螺旋狀插入件端部的金屬環(huán)上來(lái)形成平面的流通式障礙物，由此允許該螺旋狀插入件的上游端作為催化劑保持裝置起作用。所產(chǎn)生的螺旋狀插入件可以具有大約92％的空隙率以及大約為該實(shí)施例的這些反應(yīng)管的內(nèi)徑的85％的有效外徑，從而允許容易地手動(dòng)安裝和移除它們。鑒于本披露的益處，將會(huì)明顯的是螺旋狀插入件還可以被制造用于具有不同內(nèi)徑的管中。在至少一個(gè)實(shí)施例中，該初始金屬帶的寬度(以及所附接的上游環(huán)的外徑)的范圍是在該管內(nèi)徑的大約80％與99.5％之間。

在其他實(shí)施例中，可以使用改進(jìn)的螺旋狀插入件，而不是將8×8金屬絲網(wǎng)固定到這些螺旋狀插入件上。此類改進(jìn)的螺旋狀插入件可以包括錐形催化劑保持彈簧(參見(jiàn)圖1d)，將該催化劑保持彈簧焊接至先前所述的螺旋狀插入件中的之一的上游端。當(dāng)用于22.3mm(0.878英寸)內(nèi)徑的ishx管中時(shí)，該錐形彈簧可以具有，例如，6.1mm(0.241英寸)的頂部外徑(dts)以及19.1mm(0.75英寸)的底部外徑(dbs)-等于該螺旋狀插入件的有效直徑。該錐形催化劑保持彈簧可以是由，例如，十一個(gè)均勻間隔的1.47mm(0.058英寸)直徑不銹鋼絲的線圈制造的，以便形成錐形彈簧，該錐形彈簧具有25.4mm(1英寸)的總高度(hs)以及足夠窄的線圈間距來(lái)允許該改進(jìn)的螺旋狀插入件的上游端作為催化劑保持裝置起作用。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以將這些螺旋狀插入件與可拆除的保持裝置相組合進(jìn)行安裝，如例如，在圖1e中所展示的類型的催化劑夾，該催化劑夾是從德國(guó)奧博豪森的曼恩透平機(jī)械公司(manturboag(原名deggendorferwerftandeisenbaugmbh))可商購(gòu)的，以便在工藝流程條件下將它們保持在這些反應(yīng)器管的端部?jī)?nèi)。

盡管本發(fā)明的實(shí)施例在該級(jí)間熱交換器內(nèi)利用這些螺旋狀插入件，但是在文獻(xiàn)中已披露了不同的可替代的引發(fā)湍流的插入件并且這些中的許多是可商購(gòu)的來(lái)用于這些熱交換器管中。鑒于本披露的益處，選擇用于本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器設(shè)計(jì)中的適合的高空隙率的引發(fā)湍流的插入件是在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的能力內(nèi)；還應(yīng)該理解的是，在至少一個(gè)實(shí)施例中，術(shù)語(yǔ)“高空隙率的引發(fā)湍流的插入件”不是旨在涵蓋微粒類型的惰性材料，如例如具有典型的小于50％的堆空隙率的denstone57惰性球體。適合的、可商購(gòu)的高空隙率的引發(fā)湍流的插入件的實(shí)例包括但不限于：在美國(guó)專利號(hào)4,201,736中披露的并且從英國(guó)的艾爾沃斯的奧米斯頓金屬絲公司(ormistonwireltdofisleworth)可商購(gòu)的金屬絲擾流物；從美國(guó)俄亥俄州代頓市的凱米尼爾公司(chemineer,inc.)可商購(gòu)的凱尼斯(kenics)靜態(tài)混合器元件；以及從美國(guó)德克薩斯州休斯頓市的科氏熱傳送公司(kochheattransfercompany)可商購(gòu)的扭曲帶(twistedtapes)。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域150具有，例如，5,517mm(18.1英尺)的直徑以及2,100mm(6.9英尺)的長(zhǎng)度。根據(jù)本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器設(shè)計(jì)的至少一個(gè)實(shí)施例，該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域是至少部分地填充有一種或多種穩(wěn)定的、高表面面積的惰性材料151，該惰性材料151的量為足夠提供至少930m²(10,000平方英尺)的用于去除污垢的總表面面積，如例如，至少2,790m²(30,000平方英尺)或3,720m²(40,000平方英尺)。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，該惰性材料可以包括選自下組的至少一種類型的材料，該組由以下各項(xiàng)組成：陶瓷、礦物、金屬和聚合物。

在涉及將丙烯氧化為丙烯酸的方法的至少一個(gè)實(shí)施例中，穩(wěn)定的材料可以選自耐受高達(dá)大約365℃的溫度、高達(dá)大于大約3atm的壓力的材料，以及化學(xué)化合物如例如丙烯、丙烯酸、一氧化碳、乙酸、以及丙烯醛。適合用于本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器的穩(wěn)定的惰性材料的實(shí)例包括但不限于碳鋼、316不銹鋼、蒙乃爾合金、氧化鋁、二氧化硅、碳化硅、以及瓷料。

穩(wěn)定的、高表面面積的惰性材料的實(shí)例包括但不限于6mm×6mm鋁拉西環(huán)、5mm直徑的碳化硅球體、20孔/英寸(ppi)的開(kāi)孔陶瓷泡沫、16mm(5/8英寸)直徑的不銹鋼鮑爾環(huán)、或13mmmacrotrap^tm介質(zhì)1.5(從美國(guó)亞克朗市的諾頓化工產(chǎn)品公司可商購(gòu)的(nortonchemicalprocessproductscorp))。當(dāng)然，鑒于本披露的傳授的內(nèi)容，選擇其他適合的穩(wěn)定的、高表面面積的惰性材料(在此未被具體命名)用于本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器是在工藝工程領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的能力內(nèi)。

開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域150的殼體可以包括在該反應(yīng)器的相對(duì)側(cè)(相隔180度)的兩個(gè)832mm(32.75英寸)直徑的下部人孔(在圖1a中未示出)，這些下部人孔被放置為使得該下部人孔中心線位于距該r2入口管板155大約500mm(19.7英寸)的距離處。此外，開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域150的殼體可以包括在該反應(yīng)器的相對(duì)側(cè)(相隔180度)的兩個(gè)667mm(26.26英寸)直徑的上部人孔(在圖1a中未示出)，這些上部人孔被放置為使得該人孔中心線位于距該ishx管板145大約420mm(16.5英寸)的距離處。這些人孔可以提供用于催化劑更換和其他維修工作的到開(kāi)放級(jí)間區(qū)域150內(nèi)部的人員進(jìn)入口。還可能有益地使用該上部人孔將微粒材料-如疏松填充的球體、柱體、小快、球粒、以及料粒傳送-到該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域內(nèi)。在這個(gè)實(shí)施例中，將大量38mm(1.5英寸)直徑的envirostone66陶瓷球體(從美國(guó)德克薩斯州休斯頓市的公司晶相技術(shù)可商購(gòu)的(crystaphasetechnologies)放置在供應(yīng)料斗(通過(guò)臨時(shí)的管道被連接到該上部人孔)內(nèi)，并且然后在重力的影響下通過(guò)“傾倒”轉(zhuǎn)移到該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域內(nèi)。

當(dāng)該轉(zhuǎn)移完成時(shí)，這些球體在傾倒時(shí)自組裝成床層，其中該床層具有大約40％的空隙率以及表面面積與總體積比為94.5m²/m³(28.8平方英尺/立方英尺)，并且占據(jù)了在該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域內(nèi)體積的大約93％，并且在該envirostone66層的頂部與該ishx管板的底部表面之間留下大約150mm(6英寸)的空的空間。所產(chǎn)生的陶瓷球體床層具有1,957mm(6.4英尺)的平均深度并且占據(jù)了46.7m³(1,650平方英尺)的總體積，由此提供了大于4,400m²(47,300平方英尺)用于去除污垢的表面面積。

在該前述的實(shí)施例中，第二反應(yīng)級(jí)160具有4,500mm(14.76英尺)的長(zhǎng)度并且含有多個(gè)無(wú)縫碳鋼管，在該圖中總體上表示為165a、165b、以及165c?？梢詫⒃谠摰诙磻?yīng)級(jí)中的每個(gè)管的入口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r2入口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與焊接的連接155相同的位置)?？梢詫⒚總€(gè)管段165a、165b、以及165c的出口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r2出口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與可分離的連接175相同的位置)。

這個(gè)實(shí)施例的r2入口管板具有5,517mm(18.1英尺)的直徑并且包括22,000個(gè)管。該r2入口管板的布局與該r1入口管板是相同的(參見(jiàn)圖1c)，包括在該管板中心處的空的圓形區(qū)域，在其中不存在管；該空的圓形區(qū)域也具有1,144mm(3.75英尺)的直徑。在該第二反應(yīng)級(jí)內(nèi)的這些管具有22.3mm(0.878英寸)的內(nèi)徑以及26.9mm(1.060英寸)的外徑。將這些管以60度三角形模式安排，具有34mm(1.34英寸)的管板間距，從而導(dǎo)致了在這些管之間7mm(0.275英寸)的距離。

許多r2催化劑是可商購(gòu)的并且適合于用于本發(fā)明的ssoi反應(yīng)設(shè)備中。適合的第二級(jí)(r2)催化劑包含但不限于acs、acs-2、acs-6、acs-7、和acs-8(從日本的日本催化劑株式會(huì)社(nipponshokubaiofjapan)可商購(gòu)的)，以及t-202(從日本的日本化藥株式會(huì)社(nipponkayakuofjapan)可商購(gòu)的)。這些催化劑中的一些也是以多于一種尺寸而可獲得的，例如acs-7催化劑是作為大的和小的直徑的球體(在此被指定為acs-7l(大的)和acs-7s(小的))而可獲得的，并且可以單獨(dú)或組合使用。這些r2管的部分也可以包括惰性材料，如例如5mm(5/16英寸)直徑的硅-氧化鋁載體球體(被指定為“sa-5218”并且是從美國(guó)亞克朗市的諾頓化工產(chǎn)品公司(nortonchemicalprocessproductscorp)可獲得的)，以便在每個(gè)管內(nèi)的特定位置上造成預(yù)加熱或冷卻區(qū)。在該第二反應(yīng)級(jí)的這些管中的適當(dāng)?shù)膔2催化劑以及惰性材料的選擇和安裝是在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的能力內(nèi)。

在這個(gè)實(shí)施例中，用包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板將在該級(jí)間熱交換器內(nèi)的螺旋狀插入件以及該第二反應(yīng)級(jí)(r2)催化劑均保持在這些反應(yīng)器管中。與使用傳統(tǒng)的催化劑夾或其他的管內(nèi)保持裝置相比，包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板的使用在催化劑安裝和移除過(guò)程中可以提供顯著的人力以及時(shí)間節(jié)省。在這個(gè)具體實(shí)施例中，該催化劑支撐格板包括由0.6mm直徑金屬絲形成的2.7mm金屬絲網(wǎng)的多個(gè)區(qū)段。將這些金屬絲網(wǎng)區(qū)段焊接至15mm厚(0.6英寸)支撐板，該支撐板包括在與該r2出口管板的特定幾何形狀相匹配的模式的多個(gè)22.3mm直徑孔；這導(dǎo)致了一組總體上矩形催化劑支撐格板，具有大約918mm×471mm(36英寸×18.5英寸)的標(biāo)稱矩形尺寸；由于一個(gè)或多個(gè)弓形的存在，沿該反應(yīng)器管板的圓周安裝的這些板必須偏離真正的矩形形狀，并且因此劃定了在某種程度上比這些全尺寸矩形板更小的區(qū)域。

在這個(gè)實(shí)施例中，使用了總共60個(gè)催化劑支撐格板來(lái)將該r2催化劑保持在該第二反應(yīng)級(jí)的這些管內(nèi)。在將催化劑引入到這些催化劑管內(nèi)之前，每個(gè)催化劑支撐格板可以被放置有金屬絲網(wǎng)，該金屬絲網(wǎng)與該r2出口管板的底部表面直接接觸，并且該板可以用螺栓固定，這些螺栓穿過(guò)該板的固體區(qū)域并且在該管板上被直接錨定。在至少一個(gè)實(shí)施例中，這些螺栓可以是永久地附接在該r2出口管板上并且具有足夠暴露的垂直長(zhǎng)度來(lái)完全地延伸穿過(guò)該催化劑支撐格板；然后可以用包括兩個(gè)尖齒的可拆卸的金屬緊固件(如開(kāi)尾銷(xiāo))將該催化劑支撐格板固定在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀Ｃ總€(gè)螺栓的端部包括與該螺栓的軸線垂直延伸的孔，該開(kāi)尾銷(xiāo)的兩個(gè)尖齒從該孔穿過(guò)；然后當(dāng)安裝時(shí)將這兩個(gè)尖齒向外彎曲以便將該開(kāi)尾銷(xiāo)固定到該螺栓上。用類似的催化劑支撐格板將這些螺旋狀插入件也保持在該級(jí)間熱交換器的這些管內(nèi)，該類似的催化劑支撐格板用螺栓和開(kāi)尾銷(xiāo)固定到該ishx管板的底部表面上。

盡管在此對(duì)關(guān)于本發(fā)明的22,000個(gè)管的ssoi反應(yīng)器進(jìn)行了描述，包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板的使用將會(huì)為大規(guī)模的商業(yè)ssoi反應(yīng)器(如例如包括25,000個(gè)管、30,000個(gè)管、45,000個(gè)管、或更多個(gè)管的ssoi反應(yīng)器)提供甚至更大的益處。在本發(fā)明中，因此最優(yōu)選的是使用具有多個(gè)包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板將催化劑保持在ssoi反應(yīng)器的這些管內(nèi)，該ssoi反應(yīng)器包括25,000個(gè)管或更多個(gè)管。還將會(huì)明顯的是，鑒于本披露，可以將在此披露的包括金屬絲網(wǎng)的這些催化劑支撐格板有益地結(jié)合到其他反應(yīng)器設(shè)計(jì)中，如例如串聯(lián)反應(yīng)器和srs反應(yīng)器。本發(fā)明因此進(jìn)一步包括用包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板將催化劑保持在串聯(lián)反應(yīng)器或srs反應(yīng)器的這些管內(nèi)。

現(xiàn)在參見(jiàn)圖1b，本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器的這個(gè)實(shí)例包括三個(gè)獨(dú)立受控制的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)提供了如所需要的單獨(dú)地調(diào)節(jié)每個(gè)冷卻區(qū)域(110、130、160)的溫度的能力。在這個(gè)實(shí)施例中，使用從美國(guó)德克薩斯州休斯頓市的沿?；す?coastalchemicalco.)可獲得的傳熱鹽作為用于所有這三個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的冷卻劑介質(zhì)。這些系統(tǒng)在此被稱為r1鹽循環(huán)系統(tǒng)，支持第一反應(yīng)級(jí)110；ishx鹽循環(huán)系統(tǒng)，支持級(jí)間熱交換器130；以及r2鹽循環(huán)系統(tǒng)，支持第二反應(yīng)級(jí)160。

與本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例一致，此類冷卻劑系統(tǒng)配置可以允許級(jí)間熱交換器的工藝側(cè)溫度是獨(dú)立于該第一反應(yīng)級(jí)的工藝溫度而受控制的，這允許將離開(kāi)該ishx的工藝氣體維持在至少240℃并且不大于280℃的溫度下。盡管不是本發(fā)明設(shè)計(jì)的必要特征，這個(gè)實(shí)施例還提供了獨(dú)立于該級(jí)間熱交換器的工藝溫度而控制該第二反應(yīng)級(jí)的工藝側(cè)溫度的能力；這種控制氧化過(guò)程操作的附加能力用于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。

在本實(shí)施例中的這三個(gè)冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)各自可以包括一個(gè)或多個(gè)鹽循環(huán)泵、余熱鍋爐、以及相關(guān)聯(lián)的傳送管路(未示出)，通過(guò)其可以將該氧化反應(yīng)的放熱熱量回收以生產(chǎn)副產(chǎn)物蒸汽。任選的設(shè)備，如鹽存儲(chǔ)槽、燃?xì)馐禁}加熱器、整體的熱膨脹容器(也被稱為“鹽環(huán)狀容器”)、以及鹽傳送泵，也可以包括在該鹽循環(huán)系統(tǒng)中。此外，這些循環(huán)系統(tǒng)各自可以包括檢測(cè)儀器(未示出)，如熱電偶，以及自動(dòng)化控制，如流量控制閥，以將溫度和供應(yīng)到該反應(yīng)器的鹽循環(huán)速率維持在所希望的目標(biāo)值上。

對(duì)于支持區(qū)段110的r1鹽循環(huán)系統(tǒng)，冷卻鹽可以經(jīng)由在該區(qū)域的底部附近的r1供應(yīng)管線121進(jìn)入并且可以穿過(guò)入口通道(未示出)被均勻地分配在該反應(yīng)器圓周的周?chē)?，該入口通道包括?nèi)部流分配裝置如擋板、流動(dòng)葉片、堰、篩、以及穿孔板分配器中的一個(gè)或多個(gè)，并且通常被稱為“下部鹽歧管”。一旦在該反應(yīng)器殼體的內(nèi)部，該鹽可以向上流動(dòng)，通過(guò)在一系列均勻間隔的殼程板(在熱交換器領(lǐng)域被稱為“雙區(qū)段擋板”122)周?chē)鲃?dòng)，在徑向上反復(fù)地穿過(guò)該反應(yīng)器殼體。這個(gè)徑向流模型可以確保良好的鹽-至-管接觸，以便實(shí)現(xiàn)從這些管的高排熱效率。在到達(dá)該r1區(qū)段的頂部時(shí)，可以經(jīng)由另一個(gè)圓周出口通道(未示出)將該熱鹽收集，并且可以經(jīng)由r1回流管線123轉(zhuǎn)移到余熱鍋爐(未示出)，其中該圓周出口通道可以任選地包括流分配裝置，通常被稱為“上部鹽歧管”。

對(duì)于支持區(qū)段130的ishx鹽循環(huán)系統(tǒng)，冷卻鹽可以經(jīng)由在該區(qū)段的底部附近的ishx供應(yīng)管線141進(jìn)入并且可以通過(guò)入口通道(“下部鹽歧管”，未示出)被均勻地分配在該反應(yīng)器圓周的周?chē)?，該入口通道包括?nèi)部流分配裝置如擋板、流動(dòng)葉片、堰、篩、以及穿孔板分配器中的一個(gè)或多個(gè)。一旦在該反應(yīng)器殼體的內(nèi)部，該鹽可以向上流動(dòng)，通過(guò)在一系列均勻間隔的雙區(qū)段的擋板142周?chē)鲃?dòng)，在徑向上反復(fù)地穿過(guò)該反應(yīng)器殼體。在到達(dá)該ishx區(qū)域的頂部時(shí)，可以經(jīng)由另一個(gè)可以任選地包括流動(dòng)分配裝置的圓周出口通道(“上部鹽歧管”-未示出)將該熱鹽收集，并且經(jīng)由ishx回流管線143轉(zhuǎn)移到余熱鍋爐(未示出)。

類似地，對(duì)于支持區(qū)段160的r2鹽循環(huán)系統(tǒng)，冷卻鹽可以經(jīng)由在該區(qū)域的底部附近的r2供應(yīng)管線171進(jìn)入并且可以通過(guò)“下部鹽歧管”(未示出)被均勻地分配在該反應(yīng)器圓周的周?chē)?，該入口通道包括?nèi)流分配裝置如擋板、流動(dòng)葉片、堰、篩、以及穿孔板分配器中的一個(gè)或多個(gè)。一旦在該反應(yīng)器殼體的內(nèi)部，該鹽可以向上流動(dòng)，通過(guò)在一系列均勻間隔的雙區(qū)段的擋板172周?chē)鲃?dòng)，在徑向上反復(fù)地穿過(guò)該反應(yīng)器殼體。在到達(dá)該r2區(qū)段的頂部時(shí)，可以經(jīng)由另一個(gè)可以任選地包括流動(dòng)分配裝置的圓周“上部鹽歧管”(未示出)將該熱鹽收集，并且經(jīng)由r2回流管線173轉(zhuǎn)移到余熱鍋爐(未示出)。

在總體上與該工藝流程相反的方向上移動(dòng)的冷卻劑流動(dòng)配置(在這種情況下，鹽向上流動(dòng)穿過(guò)該殼體，而該工藝氣體向下流動(dòng)穿過(guò)這些管)通常被稱為逆流冷卻劑循環(huán)。應(yīng)該指出的是，其中該冷卻劑總體上向下流動(dòng)穿過(guò)該殼體并且該工藝氣體向上流動(dòng)穿過(guò)這些管的替代的配置也被視為逆流冷卻劑循環(huán)。此外，盡管本發(fā)明實(shí)施例包括具有同樣配置的三個(gè)冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在一些情況下將一些冷卻劑循環(huán)配置為逆流而可以將在同一反應(yīng)器內(nèi)的其他循環(huán)配置為“并流”可以是有益的；此類不同種類的配置被稱為“混合式”冷卻劑循環(huán)。

在圖2中展示了本發(fā)明ssoi反應(yīng)器的工藝“上流式”配置。進(jìn)料氣體(包含丙烯、蒸汽、氧氣、以及氮?dú)?從底部進(jìn)入該反應(yīng)器，豎直地向上流動(dòng)穿過(guò)該反應(yīng)器，并且在頂部離開(kāi)該反應(yīng)器。

該反應(yīng)器的主要區(qū)段包括入口蓋200、第一反應(yīng)級(jí)210(在此也被稱為“r1”)、級(jí)間熱交換器230(在此也被稱為“ishx”)、開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域250、第二反應(yīng)級(jí)260(在此也被稱為“r2”)、以及出口蓋280。界面225、245、以及255都是永久性的(例如，焊接的)連接，而界面205和275是可分離的連接，從而允許用于維修而將反應(yīng)器蓋200和280移除。

第一反應(yīng)級(jí)210包括多個(gè)管，在該圖中總體上表示為215a、215b、以及215c。可以將這些管各自的入口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r1入口管板上(本身未示出，但位于與可分離的連接205相同的位置)。級(jí)間熱交換器230也包括多個(gè)管，這些管在該圖中總體上表示為235a、235b、以及235c，并且在數(shù)量、直徑、以及至該第一反應(yīng)級(jí)的多個(gè)管的布置上是等同的?？梢詫⒚總€(gè)管段235a、235b、以及235c的出口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該ishx管板上(本身未示出，但在該圖中位于與焊接連接245相同的位置)。

該級(jí)間熱交換器的這些管被認(rèn)為與該第一反應(yīng)級(jí)的r1管是同軸連續(xù)的，這是指管段235a是管215a的上端部、管段235b是管215b的上端部、管段235c是管215c的上端部，以此類推。如先前所指出的，該級(jí)間熱交換器至該第一反應(yīng)級(jí)的直接連接在此被稱為整合式級(jí)間熱交換器。

通過(guò)級(jí)間擋板(本身未示出，但在該圖中位于與連接225相同的位置)可以將該r1殼程冷卻劑循環(huán)與該ishx殼程冷卻劑分開(kāi)；從該r1入口管板延伸到該ishx出口管板的這些同軸連續(xù)的管各自可以穿過(guò)這個(gè)級(jí)間擋板。應(yīng)該指出的是，該級(jí)間擋板與真正的管板的不同在于不存在管-至-擋板的附接；反而，穿過(guò)級(jí)間擋板的這些穿孔具有的內(nèi)徑輕微大于這些管(215a、b、c)的外徑，使得在每個(gè)管周?chē)纬稍?.25mm與2.5mm之間寬的小環(huán)形間隙(未示出)。該r1殼程冷卻劑循環(huán)(未示出)能夠以并流或逆流配置來(lái)安排；類似地，該ishx殼程冷卻劑循環(huán)也能夠以并流或逆流配置來(lái)安排，并且不需要與該r1殼程冷卻劑循環(huán)的配置相匹配。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域250不包括管。根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的ssoi反應(yīng)器設(shè)計(jì)，該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域可以至少部分地填充有一種或多種穩(wěn)定的、高表面面積惰性材料251，該惰性材料251的量值為足夠提供至少930m²(10,000平方英尺)的用于去除污垢的總表面面積、優(yōu)選至少2,790m²(30,000平方英尺)、以及最優(yōu)選3,720m²(40,000平方英尺)。

第二反應(yīng)級(jí)260可以包括多個(gè)管，在該圖中總體上表示為265a、265b、以及265c?？梢詫⒃谠摰诙磻?yīng)級(jí)中的每個(gè)管的入口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r2入口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與焊接的連接255相同的位置)?？梢詫⒚總€(gè)管段265a、265b、以及265c的出口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r2出口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與界面275相同的位置)。在圖2中展示的實(shí)施例的新穎特征是該第二反應(yīng)級(jí)的這些管(r2管)的數(shù)量、直徑、或布置中的一項(xiàng)或多項(xiàng)是不同于在該第一反應(yīng)級(jí)中的這些管(r1管)。

圖2的反應(yīng)器的一個(gè)實(shí)施例具有120千噸丙烯酸的標(biāo)稱年生產(chǎn)能力。在這個(gè)實(shí)施例中所用的冷卻劑介質(zhì)是從美國(guó)密歇根州米德蘭市的陶氏化學(xué)公司(dowchemicalco.)可獲得的dowtherm^tm熱傳遞流體。在這個(gè)實(shí)施例中，存在22,669個(gè)第一反應(yīng)級(jí)(r1)管以及14,523個(gè)第二反應(yīng)級(jí)(r2)管。這些r1管的內(nèi)徑為25.4mm(1英寸)并且長(zhǎng)為4,700mm(15.4英尺)(從r1管板到級(jí)間擋板)，而且這些r2管的內(nèi)徑為31.8mm(1.25英寸)并且長(zhǎng)為4,500mm(14.75英尺)。在每個(gè)ishx管段中安裝多個(gè)先前所述的螺旋狀插入件。這個(gè)實(shí)施例的開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域具有40m³(1,413平方英尺)的總體積并且完全地填充有作為惰性材料的16mm(5/8英寸)的不銹鋼鮑爾環(huán)。此類鮑爾環(huán)具有93％的空隙率以及316m²/m³的比表面積，由此在該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域內(nèi)提供大于41,480m²(446,500平方英尺)的總表面面積。這個(gè)實(shí)施例的級(jí)間停留時(shí)間是3秒。

圖2的反應(yīng)器的替代實(shí)施例也具有120千噸丙烯酸的標(biāo)稱年生產(chǎn)能力。在這個(gè)實(shí)施例中，然而，存在29,410個(gè)第一反應(yīng)級(jí)(r1)管以及22,672個(gè)第二反應(yīng)級(jí)(r2)管。這些r1管的內(nèi)徑為22.3mm(0.878英寸)并且長(zhǎng)為4,600mm(15.1英尺)(從r1管板到級(jí)間擋板)，并且這些r2管的內(nèi)徑為25.4mm(1英寸)并且長(zhǎng)為4,200mm(13.8英尺)。不是將先前所述的螺旋狀插入件放置在這些ishx管內(nèi)，相反用“扭曲管(twistedtubes)”構(gòu)造這個(gè)實(shí)施例的這些ishx管，該扭曲管是不使用引發(fā)湍流的插入件而引發(fā)湍流流動(dòng)的特殊螺旋形管設(shè)計(jì)；該扭曲管是從美國(guó)德克薩斯州休斯頓市的科氏傳熱公司(kochheattransfercompany)可獲得的。該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域具有2,438mm(8英尺)的總長(zhǎng)度并且填充有2英寸直徑的envirostone66球體，從而提供了大于4,450m²(48,000平方英尺)的總表面面積以及大約2.1秒的級(jí)間停留時(shí)間。在這個(gè)實(shí)施例中所用的冷卻劑介質(zhì)是傳熱鹽。

圖3a與3b的組合表示包括大于16,000個(gè)管的本發(fā)明的單殼開(kāi)放式級(jí)間(ssoi)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的另一個(gè)實(shí)施例。這個(gè)實(shí)施例的反應(yīng)器具有大約4,800mm(15.75英尺)的殼體直徑以及大于18,290mm(60英尺)的總長(zhǎng)度。在典型的進(jìn)料比以及2,935nm³/hr(110mscfh)的設(shè)計(jì)丙烯進(jìn)料速率下，這個(gè)實(shí)施例的反應(yīng)器具有大約63千噸丙烯酸的標(biāo)稱年生產(chǎn)能力。

進(jìn)料氣體(可以包含，例如，丙烯、蒸汽、氧氣、以及氮?dú)?從頂部(參見(jiàn)圖3a)進(jìn)入該反應(yīng)器，豎直地向下流動(dòng)穿過(guò)該反應(yīng)器，并且在底部離開(kāi)該反應(yīng)器，即，下流式運(yùn)行。

該反應(yīng)器的主要區(qū)段包括入口蓋300、第一反應(yīng)級(jí)310(在此也被稱為“r1”)、級(jí)間熱交換器330(在此也被稱為“ishx”)、開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域350、第二反應(yīng)級(jí)360(在此也被稱為“r2”)、以及出口蓋380。除非另外說(shuō)明，在這個(gè)實(shí)施例中的所有反應(yīng)器部件是由碳鋼構(gòu)造的。在相鄰區(qū)域之間的界面，在該圖中識(shí)別為305、325、345、355以及375，可以都是永久性(例如，焊接的)連接。

反應(yīng)器入口蓋300在高度上是大約4,040mm(13.25英尺)并且是不可拆除的。它包括用于維修入口的在該蓋的側(cè)部以及頂部的多個(gè)610mm(24英寸)的人孔(未示出)。該入口蓋進(jìn)一步包括508mm(20英寸)工藝氣體入口噴嘴。

根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，第一反應(yīng)級(jí)310具有4,600mm(15.1英尺)的長(zhǎng)度并且含有多個(gè)無(wú)縫碳鋼管，在該圖中總體上表示為315a、315b、以及315c。將在該第一反應(yīng)級(jí)中的每個(gè)管的入口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r1入口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與連接305相同的位置)。在第一反應(yīng)級(jí)310內(nèi)的每個(gè)管延伸穿過(guò)級(jí)間擋板326(參見(jiàn)圖3b)并且完全穿過(guò)具有1,956mm(6.4英尺)的長(zhǎng)度的級(jí)間熱交換器330。這意味著管段335a是管315a的下端部，管段335b是管315b的下端部，管段335c是管315c的下端部，以此類推。其結(jié)果是，這些同軸連續(xù)的管的實(shí)際長(zhǎng)度是大約6,556mm(21.5英尺)，等同于界面連接305與界面連接345之間的距離?？梢詫⒚總€(gè)管段335a、335b、以及335c的出口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該ishx管板上(本身未示出，但在該圖中位于與焊接的連接345相同的位置)。如先前所述的，這種設(shè)計(jì)特征在此被稱為整合式級(jí)間熱交換器。在這個(gè)實(shí)施例中應(yīng)該指出的是，級(jí)間擋板326與真正的管板的不同在于不存在管-至-擋板的焊接；反而，穿過(guò)級(jí)間擋板326的這些穿孔具有的內(nèi)徑輕微大于這些管(315a、b、c)的外徑，使得在每個(gè)管周?chē)纬稍?.25mm與2.5mm之間寬的小環(huán)形間隙(未示出)。因?yàn)檫@個(gè)環(huán)形間隙，小體積的ishx冷卻鹽(優(yōu)選在輕微高于該r1冷卻鹽的壓力下被供應(yīng))可以連續(xù)地穿過(guò)該級(jí)間擋板并且與該r1冷卻鹽循環(huán)并合。鑒于本披露的益處，用于將適當(dāng)體積的鹽從該r1循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)回地該ishx循環(huán)系統(tǒng)的裝置是容易地由工藝工程領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而指明并且不需要在此進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如在圖3a中總體上所指明，該反應(yīng)器的第一反應(yīng)級(jí)區(qū)域可以包括空的圓柱形體積，該空的圓柱形體積位于該管板的中心并且與該反應(yīng)器的縱軸線對(duì)齊，在該體積中不存在管；這個(gè)空的圓柱形體積具有大于610mm(2英尺)的平均直徑并且同樣延伸穿過(guò)該ishx。在該第一反應(yīng)級(jí)和該ishx中的剩余的環(huán)形空體積包括大于16,000個(gè)同軸連續(xù)的管。這些連續(xù)的管各自具有22.3mm(0.878英寸)的內(nèi)徑以及27.3mm(1.074英寸)的外徑。將這些管以60度三角形模式安排，具有33.73mm(1.328英寸)的管板間距，從而導(dǎo)致在這些管之間大約6.5mm(0.254英寸)的距離。

為了將催化劑保持在這些連續(xù)管內(nèi)，可以將多個(gè)先前所述的包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板直接附接到ishx出口管板345上。這些連續(xù)的管各自然后可以從管的上游(入口)端開(kāi)始如下被裝入：

·282mm(11英寸)的3/16(4.75mm)直徑的sa-5218硅-氧化鋁載體球體(從美國(guó)亞克朗市的諾頓化工產(chǎn)品公司(nortonchemicalprocessproductscorp)可獲得的)

·905mm(36英寸)的acf7-l(大柱體)催化劑

·3,413mm(134英寸)的acf7-s(小柱體)催化劑

·51mm(2英寸)5/16英寸的碳化硅環(huán)(從美國(guó)亞克朗市的諾頓化工產(chǎn)品公司(nortonchemicalprocessproductscorp)可獲得的)

·1,905mm(75英寸)長(zhǎng)的螺旋狀引發(fā)湍流的插入件，在其上游端裝配有任選的8×8金屬絲網(wǎng)

這個(gè)裝料安排表導(dǎo)致在每個(gè)第一反應(yīng)級(jí)管中1.273kg的總acf7催化劑(大+小尺寸柱體)的加料。

在這個(gè)實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)穿過(guò)該級(jí)間熱交換器的工藝氣體的停留時(shí)間是0.96秒。

這個(gè)實(shí)施例的開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域350具有2,134mm(7英尺)的總長(zhǎng)度。它的殼體包括在該反應(yīng)器的相對(duì)側(cè)(相隔180度)的兩個(gè)610mm(24英寸)直徑的下部人孔(在圖3a中未示出)，這些下部人孔被放置為使得該下部人孔中心線位于距r2入口管板355大約356mm(14英寸)的距離處。此外，開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域350的殼體包括在該反應(yīng)器的相對(duì)側(cè)(相隔180度)的兩個(gè)610mm(24英寸)直徑的上部人孔(未示出)，這些上部人孔被放置為使得該人孔中心線位于距ishx管板345大約356mm(14英寸)的距離處。這些人孔可以提供用于催化劑更換和其他維修工作的到開(kāi)放級(jí)間區(qū)域350內(nèi)部的人員進(jìn)入口。該上部人孔還可以有益地用于如通過(guò)傾倒將微粒材料-如疏松填充的球體、柱體、小塊、球粒、以及顆粒轉(zhuǎn)移-到該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域中。

如在圖3a中總體上所指明的，該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域包括610mm(2英尺)直徑的內(nèi)部鹽傳送管道353，與該反應(yīng)器的縱軸線對(duì)齊。內(nèi)部鹽傳送管道353延伸穿過(guò)該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域的長(zhǎng)度，從ishx管板345至r2入口管板355，并且進(jìn)一步包括整體的膨脹接頭(未示出)來(lái)適應(yīng)熱生長(zhǎng)。在這個(gè)實(shí)施例中，該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域的剩余環(huán)形空體積的大約75％填充有大量38mm(1.5英寸)直徑的denstone2000惰性球體(從美國(guó)亞克朗市的諾頓化工產(chǎn)品公司(nortonchemicalprocessproductscorp)可獲得的)，在圖3a中總體上表示為351。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，這些惰性球體當(dāng)傾倒時(shí)自組裝成床層，該床層具有大約40％的空隙率以及94.5m²/m³(28.8平方英尺/立方英尺)的表面面積與總體積之比，形成了具有大約1,600mm(5.25英尺)的平均深度的床層，并且在該denstone2000層的頂部與該ishx管板的底部表面之間留下大約533mm(1.75英尺)的空的空間。因此，該陶瓷球體床層占據(jù)了28.5m³(1,006立方英尺)的總體積，并且提供了大于2,690m²(28,965平方英尺)的用于去除污垢的的表面面積。

發(fā)現(xiàn)穿過(guò)該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域的工藝氣體的停留時(shí)間是1.79秒。對(duì)穿過(guò)該ishx和該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域的停留時(shí)間進(jìn)行求和產(chǎn)生了2.75秒的合并的級(jí)間停留時(shí)間。

在這個(gè)實(shí)施例中，第二反應(yīng)級(jí)360具有2,925mm(9.6英尺)的長(zhǎng)度并且含有多個(gè)無(wú)縫碳鋼管，在該圖中總體上表示為365a、365b、以及365c。將在該第二反應(yīng)級(jí)中的每個(gè)管的入口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r2入口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與焊接的連接355相同的位置)。將每個(gè)管段365a、365b、以及365c的出口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r2出口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與焊接的連接375相同的位置)。

如在圖3a中總體上所指明的，該反應(yīng)器的第二反應(yīng)級(jí)區(qū)域可以包括空的圓柱形體積，該空的圓柱形體積位于該管板的中心并且與該反應(yīng)器的縱軸線對(duì)齊，在其中不存在管；這個(gè)空的圓柱形體積具有大于610mm(2英尺)的直徑。該第二反應(yīng)級(jí)的剩余環(huán)形空體積包括大于16,000個(gè)管，這些管以與該第一反應(yīng)級(jí)相同的方式安排，并且這些管各自具有22.3mm(0.878英寸)的內(nèi)徑以及27.3mm(1.074英寸)的外徑。如該第一反應(yīng)級(jí)一樣，這些管以60度三角形模式安排，具有33.73mm(1.328英寸)的管板間距。

為了將催化劑保持在這些連續(xù)管內(nèi)，可以將多個(gè)先前所述的包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板直接附接到r2出口管板375上。這些第二反應(yīng)級(jí)管各自然后可以從管的上游(入口)端開(kāi)始如下被裝入：

·102mm(4英寸)的3/16(4.75mm)直徑的sa-5218硅-氧化鋁載體球體(從諾頓化工產(chǎn)品公司(nortonchemicalprocessproductscorp)可獲得的)

·800mm(31.5英寸)的acs7-l(大球體)催化劑

·2,023mm(79.6英寸)的acf7-s(小球體)催化劑

這個(gè)裝料安排表導(dǎo)致在每個(gè)第二反應(yīng)級(jí)管中1.338kg的總acs7催化劑(大+小尺寸球體)的進(jìn)料，以及用于該反應(yīng)器的1.05的總催化劑質(zhì)量比。

反應(yīng)器出口蓋380的高度上是大約3,430mm(11.25英尺)并且是不可拆除的。它包括在該蓋的頂部用于維修進(jìn)入口的兩個(gè)610mm(24英寸)的人孔(未示出)。該出口蓋進(jìn)一步包括610mm(24英寸)工藝氣體出口噴嘴。

現(xiàn)在參見(jiàn)圖3b，本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器的這個(gè)實(shí)施例包括兩個(gè)獨(dú)立受控制的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)：該r1鹽循環(huán)系統(tǒng)，支持第一反應(yīng)級(jí)310，以及該ishx/r2鹽循環(huán)系統(tǒng)，支持組合的該級(jí)間熱交換器330與第二反應(yīng)級(jí)360。在這個(gè)實(shí)施例中，使用從美國(guó)德克薩斯州休斯頓市的沿?；す?coastalchemicalco.)可獲得的傳熱鹽作為用于這兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的冷卻劑。

與本披露的傳授內(nèi)容一致，此類冷卻劑系統(tǒng)配置允許級(jí)間熱交換器的工藝側(cè)溫度獨(dú)立于該第一反應(yīng)級(jí)的工藝溫度而受控制，這使能夠?qū)㈦x開(kāi)該ishx的工藝氣體維持在例如，至少240℃并且不大于280℃的溫度下。然而，應(yīng)該指出在這個(gè)實(shí)施例中，該第二反應(yīng)級(jí)的工藝側(cè)溫度不是獨(dú)立于該級(jí)間熱交換器的工藝溫度而受控制的。

這些循環(huán)系統(tǒng)各自可以包括一個(gè)或多個(gè)鹽循環(huán)泵、余熱鍋爐、以及相關(guān)聯(lián)的傳送管路(未示出)，通過(guò)它們可以將該氧化反應(yīng)的放熱熱量回收以生產(chǎn)副產(chǎn)物蒸汽。任選的設(shè)備，如鹽存儲(chǔ)槽、燃?xì)恹}加熱器、整體式熱膨脹容器(也被稱為“鹽環(huán)狀容器”)、以及鹽傳送泵也可以包括在該鹽循環(huán)系統(tǒng)中。此外，這些循環(huán)系統(tǒng)各自可以包括檢測(cè)儀器(未示出)，如熱電偶，以及自動(dòng)化控制，如流量控制閥，以將溫度和供應(yīng)到該反應(yīng)器的鹽循環(huán)速率維持在所希望的目標(biāo)值上。

對(duì)于支持區(qū)段310的r1鹽循環(huán)系統(tǒng)，冷卻鹽經(jīng)由在該區(qū)域的頂部附近的r1供應(yīng)管線323進(jìn)入并且穿過(guò)入口通道(未示出)被均勻地分配在該反應(yīng)器圓周的周?chē)?，該入口通道包括?nèi)部流分配裝置如擋板、流動(dòng)葉片、堰、篩、以及穿孔板分配器的一個(gè)或多個(gè)，并且通常被稱為“上部鹽歧管”。一旦在該反應(yīng)器殼體的內(nèi)部，該鹽向上流動(dòng)，通過(guò)在一系列的十一個(gè)殼程板周?chē)鲃?dòng)而以徑向反復(fù)地通過(guò)該反應(yīng)器殼體，其中這十一個(gè)殼程板以相隔大約380mm(1.25英尺)的間隔被放置并且是在熱交換器領(lǐng)域被稱為“雙區(qū)段擋板”(總體上顯示為322)。這種徑向流模型確保了良好的鹽-至-管接觸，以便實(shí)現(xiàn)從這些管的高排熱效率。在到達(dá)該r1區(qū)段的底部時(shí)，可以經(jīng)由另一個(gè)圓周出口通道(未示出)將該熱鹽收集，并且可以經(jīng)由r1回流管線321轉(zhuǎn)移到余熱鍋爐(未示出)，其中該圓周出口通道可以任選地包括流動(dòng)分配裝置，通常被稱為“下部鹽歧管”。

對(duì)于支持區(qū)段330和360的ishx/r2鹽循環(huán)系統(tǒng)，冷卻鹽經(jīng)由在區(qū)段330的頂部附近的ishx供應(yīng)管線343進(jìn)入并且穿過(guò)入口通道被均勻地分配在該反應(yīng)器圓周的周?chē)撊肟谕ǖ腊▋?nèi)部流分配裝置如擋板、流動(dòng)葉片、堰、篩、以及穿孔板分配器中的一個(gè)或多個(gè)(“上部鹽歧管”，未示出)。一旦在該反應(yīng)器殼體的內(nèi)部，該鹽向上流動(dòng)，通過(guò)在以相隔大約366mm(1.20英尺)的間隔放置的一系列的四個(gè)雙區(qū)段擋板342周?chē)鲃?dòng)而以徑向反復(fù)地穿過(guò)該反應(yīng)器殼體。在到達(dá)該ishx區(qū)段的底部時(shí)，該鹽可以通過(guò)向下流動(dòng)穿過(guò)內(nèi)部鹽傳送管道353而被傳送穿過(guò)開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域350并且進(jìn)入r2區(qū)段360。一旦在該r2區(qū)段360的殼體內(nèi)，該鹽可以繼續(xù)通過(guò)在以相隔大約390mm(1.30英尺)的間隔放置的另一系列的六個(gè)雙區(qū)段擋板(372)周?chē)鲃?dòng)而以徑向穿過(guò)該反應(yīng)器殼體。在到達(dá)該r2區(qū)段的底部時(shí)，可以經(jīng)由另一個(gè)圓周出口管道將該熱鹽收集，并且經(jīng)由r2回流管線371轉(zhuǎn)移到余熱鍋爐(未示出)，其中該圓周出口通道可以任選地包括流動(dòng)分配裝置(“下部鹽歧管”-未示出)。

在總體上與該工藝流程等同的方向上移動(dòng)的鹽流動(dòng)的這種配置(在這種情況下，鹽向下流動(dòng)穿過(guò)該殼體而該工藝氣體向下流動(dòng)穿過(guò)這些管)通常被稱為并流冷卻劑循環(huán)。應(yīng)該指出的是，其中鹽總體上向上流動(dòng)穿過(guò)該殼體并且工藝氣體向上流動(dòng)穿過(guò)這些管的替代的配置也視為并流冷卻劑循環(huán)。

圖4表示包括22,000個(gè)管的本發(fā)明的單殼開(kāi)放式級(jí)間(ssoi)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的另一個(gè)實(shí)施例，其中每個(gè)管具有22.3mm(0.878英寸)的內(nèi)徑。這個(gè)實(shí)施例的反應(yīng)器具有大約5,600mm(18.4英尺)的殼體直徑以及大于15,240mm(50英尺)的總長(zhǎng)度。該反應(yīng)器實(shí)施例進(jìn)一步包括用于至該反應(yīng)器的級(jí)間區(qū)域的補(bǔ)充性氧化劑添加的裝置。由補(bǔ)充性氧化劑添加提供的操作靈活性允許通常進(jìn)料至該第一反應(yīng)級(jí)的氧氣中的一些重新位于r1下游的點(diǎn)，從而導(dǎo)致在該反應(yīng)器進(jìn)料中增加的丙烯:空氣摩爾比，以及有利的該反應(yīng)器進(jìn)料氣體的可燃性的降低。如將在以下更加詳細(xì)描述的，補(bǔ)充性氧化劑添加還可以允許該反應(yīng)器相對(duì)于類似尺寸的ssoi反應(yīng)器在更高的丙烯設(shè)計(jì)進(jìn)料速率下有效率地運(yùn)行，由此提供增加的丙烯酸生產(chǎn)能力。例如，在典型的進(jìn)料比下，與圖1a的反應(yīng)器實(shí)施例(也包括22,000個(gè)具有22.3mm內(nèi)徑的管，但是只具有大約100千噸丙烯酸的標(biāo)稱年生產(chǎn)能力)相比，這個(gè)實(shí)施例的反應(yīng)器具有大約110千噸丙烯酸的標(biāo)稱年生產(chǎn)能力。

參見(jiàn)圖4，進(jìn)料氣體(例如，丙烯、蒸汽、氧氣、以及氮?dú)?從底部進(jìn)入該反應(yīng)器，豎直地向上流動(dòng)穿過(guò)該反應(yīng)器，并且在頂部離開(kāi)該反應(yīng)器。這個(gè)安排因此被稱為“上流式”工藝配置。

該反應(yīng)器的主要區(qū)段包括入口蓋400、第一反應(yīng)級(jí)410(在此也被稱為“r1”)、級(jí)間熱交換器430(在此也被稱為“ishx”)、開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域450、第二反應(yīng)級(jí)460(在此也被稱為“r2”)、以及出口蓋480。

在相鄰區(qū)段之間的這些界面連接，在該圖中識(shí)別為405、425、445、455、以及475，可以包括永久的(例如，焊接的)連接或可以任選地包括可分離的連接，如用多個(gè)緊固件(如例如螺栓或夾鉗)固定的法蘭連接。在圖4的實(shí)施例中，界面405和界面475是可分離的連接，從而允許為了催化劑更換容易地拆除入口蓋400和出口蓋480；此外，界面445和455還可以是可分離的連接，由此提供了至開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域450內(nèi)的多個(gè)部件的改進(jìn)的維修進(jìn)入口。界面425可以是焊接的連接。

第一反應(yīng)級(jí)410具有4,600mm(15英尺)的長(zhǎng)度并且包括多個(gè)管，在該圖中總體上表示為415a、415b、以及415c。可以將這些管各自的入口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r1入口管板上(本身未示出，但位于與可分離的連接405相同的位置)。該r1入口管板具有5,517mm(18.1英尺)的直徑并且包括22,000個(gè)管。這些管具有22.3mm(0.878英寸)的內(nèi)徑以及26.9mm(1.060英寸)的外徑。將這些管以60度三角形模式安排，具有34mm(1.34英寸)的管板間距，導(dǎo)致在這些管之間7mm(0.275英寸)的距離。

級(jí)間熱交換器430還可以包括多個(gè)管，這些管在該圖中總體上表示為435a、435b、以及435c，并且在數(shù)量、直徑、以及至該第一反應(yīng)級(jí)的多個(gè)管的布置上是等同的?？梢詫⒚總€(gè)ishx管段435a、435b、以及435c的出口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該ishx管板上(本身未示出，但在該圖中位于與界面連接445相同的位置)。

該級(jí)間熱交換器的這些管可以與該第一反應(yīng)級(jí)的這些r1管是同軸連續(xù)的，這是指管段435a是管415a的下游端、管段435b是管415b的下游端、管段435c是管415c的下游端，以此類推。如先前所指出的，該級(jí)間熱交換器至該第一反應(yīng)級(jí)的殼體和管的此類直接連接在此被稱為整合式級(jí)間熱交換器。

在該級(jí)間熱交換器的這些管段(435a、b、c)內(nèi)放置高空隙率、引發(fā)湍流的插入件以增強(qiáng)熱傳遞，而沒(méi)有累積污垢。在這個(gè)具體實(shí)施例中，在每個(gè)ishx管段中放置螺旋狀插入件。

通過(guò)級(jí)間擋板(本身未示出，但在該圖中位于與連接425相同的位置)將該r1殼程冷卻劑循環(huán)與該ishx殼程冷卻劑分開(kāi)；從該r1入口管板延伸到該ishx出口管板的這些同軸連續(xù)的管各自可以穿過(guò)這個(gè)級(jí)間擋板。如先前所述的，該級(jí)間擋板與真正的管板的不同在于可以不存在管-至-擋板的焊接；反而，穿過(guò)級(jí)間擋板的這些穿孔具有的內(nèi)徑輕微大于這些管(415a、b、c)的外徑，使得在每個(gè)管周?chē)纬稍?.25mm與2.5mm之間寬的小環(huán)形間隙(未示出)。該r1殼程冷卻劑循環(huán)能夠以并流或逆流配置來(lái)安排；類似地，該ishx殼程冷卻劑也能夠以并流或在逆流配置來(lái)安排，并且不需要與該r1殼程冷卻劑循環(huán)的配置相匹配。

開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域450不包含管并且具有3,137mm(10.3英尺)的總長(zhǎng)度。根據(jù)本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器設(shè)計(jì)，該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域可以至少部分地填充有一種或多種穩(wěn)定的、高表面面積惰性材料451，該惰性材料的量值為足夠提供至少930m²(10,000平方英尺)的用于去除污垢的總表面面積，如例如，優(yōu)選至少2,790m²(30,000平方英尺)、或至少3,720m²(40,000平方英尺)。在這個(gè)實(shí)施例中，該穩(wěn)定的、高表面面積的惰性材料是20ppi(“孔/英寸”)陶瓷泡沫貼磚，該陶瓷泡沫貼磚具有總體上矩形形狀并且以在大約12mm與305mm之間(在0.5英寸與12英寸之間)的厚度可獲得。適合的陶瓷泡沫貼磚從幾個(gè)供應(yīng)商是可商購(gòu)的，這幾個(gè)供應(yīng)商包括：美國(guó)加利福尼亞州的ultrametofpacoima；美國(guó)加利福尼亞州奧克蘭市的erg航空公司(ergaerospacecorporation)；美國(guó)北卡羅來(lái)納州亨德森維爾市的西利公司(seleecorporation)；美國(guó)紐約市的sud-chemiehi-techceramicsofalfred。

這個(gè)實(shí)施例的特定的20ppi陶瓷泡沫貼磚具有51mm(2英寸)的厚度、8％的相對(duì)密度、92％的空隙率、以及大約1,260m²/m³(384平方英尺/立方英尺)的有效表面面積?？梢詫⑦@些陶瓷泡沫貼磚直接放置在ishx出口管板445上并且一起裝配以均勻地覆蓋該管板的整個(gè)表面。這些貼磚的多個(gè)層是堆疊的，以便獲得具有平面的頂部表面以及152.4mm(6英寸)的均勻厚度的連續(xù)的陶瓷泡沫床層。此類陶瓷泡沫床層提供了用于去除污垢的大于4,550m²(49,000平方英尺)的總表面面積。

在開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域450內(nèi)并且緊接著該陶瓷泡沫床層的下游是補(bǔ)充性氧化劑混合組件。在這個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)特定混合組件在此被稱為“文丘里混合器”，但還可能使用其他的補(bǔ)充性氧化劑混合組件，而不偏離本發(fā)明的精神。

補(bǔ)充性氧化劑供應(yīng)管線446提供了補(bǔ)充性氧化劑，該補(bǔ)充性氧化劑包括例如，氧氣以及任選地一種或多種惰性物質(zhì)，如例如氮?dú)?、水、或二氧化碳，作為到該文丘里混合器的氣體流。任選的氧化劑熱交換器447可以用于在該補(bǔ)充性氧化劑到達(dá)該文丘里混合器之前調(diào)節(jié)其溫度。任選的流量控制裝置，如例如流量控制閥(未示出)也可以于補(bǔ)充性氧化劑供應(yīng)管線446上存在。

這個(gè)實(shí)施例的文丘里混合器包括三個(gè)區(qū)段，這三個(gè)區(qū)段是互連的以形成連續(xù)的、流通式混合組件：入口收縮段452、中間喉管段453、以及出口擴(kuò)張段454。該文丘里混合器的總長(zhǎng)度是2,985mm(9.79英尺)。

在這個(gè)實(shí)施例中，該入口收縮段452是具有5,517mm(18.1英尺)的內(nèi)徑、1,219mm(4英尺)的外徑、378mm(1.24英尺)的總長(zhǎng)度、以及160度的夾角的截錐體。任選地，收縮段452包括多個(gè)可分離的區(qū)段，或“狹板”，其每個(gè)所具有的幾何形狀被選擇為允許這些狹板容易穿過(guò)在開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域450的殼體壁上的入口人孔(未示出)。此類可分離的區(qū)段的使用可以改進(jìn)在該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域內(nèi)的維修進(jìn)入口并且可以減少在界面445和455上使用可分離的連接的需要。

中間喉管段453是具有1,219mm(4英尺)的內(nèi)徑以及457mm(18英寸)的總長(zhǎng)度的柱體；這個(gè)喉管段包括一種或多種選自以下清單的共混元件(未示出)，該清單包括噴嘴、注入器、氣氣混合元件、分配器、吸氣器、康達(dá)效應(yīng)混合元件、鼓泡器、靜態(tài)混合元件、噴射器、以及噴槍。

出口擴(kuò)張段454是具有1,219mm(4英尺)的內(nèi)徑、5,517mm(18.1英尺)的外徑、2,149mm(7.05英尺)的總長(zhǎng)度、以及90度的夾角的倒置截錐體。任選地，擴(kuò)張段454包括多個(gè)可分離的區(qū)段，或狹板，其每個(gè)所具有的幾何形狀被選擇為允許這些狹板容易穿過(guò)在開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域450的殼體壁上的入口人孔(未示出)。此類可分離的區(qū)段的使用可以改進(jìn)在該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域內(nèi)的維修進(jìn)入口并且可以減少在界面445和455上使用可分離的連接的需要。

第二反應(yīng)級(jí)460具有4,500mm(14.76英尺)的長(zhǎng)度并且包括多個(gè)管，在該圖中總體上表示為465a、465b、以及465c。將在該第二反應(yīng)級(jí)中的每個(gè)管的入口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r2入口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與界面連接455相同的位置)。將每個(gè)管段465a、465b、以及465c的出口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r2出口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與可分離的連接475相同的位置)。該r2入口管板具有5,517mm(18.1英尺)的直徑并且包括22,000個(gè)管。該r2入口管板的布局與該r1入口管板的布局是相同的。在該第二反應(yīng)級(jí)內(nèi)的這些管具有22.3mm(0.878英寸)的內(nèi)徑以及26.9mm(1.060英寸)的外徑。將這些管以60度三角形模式安排，具有34mm(1.34英寸)的管板間距，從而導(dǎo)致在這些管之間7mm(0.275英寸)的距離。因此，在圖4中展示的實(shí)施例中，該第二反應(yīng)級(jí)的這些管(r2管)的數(shù)量、直徑、或布置與在該第一反應(yīng)級(jí)中的這些管(r1管)是相同的。

在這個(gè)實(shí)施例中，用包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板將該第一反應(yīng)級(jí)(r1)催化劑和該第二反應(yīng)級(jí)(r2)催化劑均保持在它們各自的反應(yīng)器管中。這些r1管各自裝載有1.295kg的acf7催化劑并且這些r2管各自裝載有1.962kg的acs7催化劑，從而導(dǎo)致1.52的催化劑質(zhì)量比。

盡管在圖4中未示出，本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器的這個(gè)實(shí)例進(jìn)一步可以包括三個(gè)獨(dú)立受控制的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)提供了如需要的單獨(dú)地調(diào)整每個(gè)冷卻區(qū)域(410、430、460)的溫度的能力。在這個(gè)實(shí)施例中，使用從美國(guó)德克薩斯州休斯頓市的沿?；す?coastalchemicalco.)可獲得的傳熱鹽作為用于所有這三個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的冷卻劑介質(zhì)。這些系統(tǒng)在此被稱為r1鹽循環(huán)系統(tǒng)，支持第一反應(yīng)級(jí)410；該ishx鹽循環(huán)系統(tǒng)，支持級(jí)間熱交換器430；以及該r2鹽循環(huán)系統(tǒng)，支持第二反應(yīng)級(jí)460。

與本發(fā)明的設(shè)計(jì)一致，此類冷卻劑系統(tǒng)配置可以允許級(jí)間熱交換器的工藝側(cè)溫度獨(dú)立于該第一反應(yīng)級(jí)的工藝溫度而受控制，從而確?？梢詫㈦x開(kāi)該ishx的工藝氣體維持在例如，至少240℃并且不大于280℃的溫度下。盡管不是本發(fā)明設(shè)計(jì)的必要特征，這個(gè)具體實(shí)施例還提供了獨(dú)立于該級(jí)間熱交換器的工藝溫度而控制該第二反應(yīng)級(jí)的工藝側(cè)溫度的能力。包括系統(tǒng)設(shè)備和殼程擋板的這些殼程鹽循環(huán)系統(tǒng)的其他特征與先前所述的圖1b的實(shí)施例是一致的。應(yīng)該指出，總體上在與該工藝流程等同的方向移動(dòng)的本發(fā)明的冷卻劑流動(dòng)–即，鹽向上流動(dòng)穿過(guò)該殼體，而該工藝氣體也向上流動(dòng)穿過(guò)這些管-通常被稱為并流冷卻劑循環(huán)。有可能將這個(gè)實(shí)施例的冷卻劑流動(dòng)配置為以逆流冷卻劑循環(huán)、或甚至作為“混合式”冷卻劑循環(huán)而總體上向下流動(dòng)。在本披露的至少一個(gè)實(shí)施例中，使用了并流冷卻劑循環(huán)的使用。

在這個(gè)示例性實(shí)施例的操作中，該進(jìn)料氣體混合物進(jìn)入第一反應(yīng)級(jí)410來(lái)生產(chǎn)包含丙烯醛的r1出口氣體流。在該整合式級(jí)間熱交換器430中將該r1出口氣體流迅速地冷卻至在240℃與280℃之間的溫度，并且然后穿過(guò)具有高表面面積的惰性陶瓷泡沫451的未冷卻床層。該已冷卻并且過(guò)濾的r1出口氣體然后進(jìn)入該文丘里混合器的收縮段452。補(bǔ)充性氧化劑供應(yīng)管線446將包含空氣和水蒸汽的補(bǔ)充性氧化劑流連續(xù)地提供至熱交換器447，在該熱交換器中使該補(bǔ)充性氧化劑流在被傳遞到中間喉管段453之前達(dá)到大約260℃的溫度。在喉管段453中，共混元件(未示出)快速地將該補(bǔ)充性氧化劑流與該r1出口氣體進(jìn)行混合，以便形成在240℃與280℃之間的溫度下的富含氧氣的r2進(jìn)料流。該富含氧氣的r2進(jìn)料流然后穿過(guò)該文丘里混合器的擴(kuò)張段454，并且被分配到用于進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為丙烯酸的該第二反應(yīng)級(jí)的管中。

在表7a中描述了用于這個(gè)實(shí)施例的進(jìn)料氣體(參見(jiàn)在表的右手側(cè)的“例2”)，連同用于圖1a的實(shí)施例的那些進(jìn)料氣體(參見(jiàn)在表的左手側(cè)的“例1”)。注意，化學(xué)級(jí)的丙烯用作在這兩個(gè)實(shí)施例中的初級(jí)烴進(jìn)料(在此表示為“c3”)，該初級(jí)烴進(jìn)料包含90％的丙烯分子。表7a展示了具有這個(gè)實(shí)施例的補(bǔ)充性氧化劑添加進(jìn)料的本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器的如何運(yùn)行可以增加了至少10％的丙烯速率，以及因此反應(yīng)器生產(chǎn)率。

圖5表示本發(fā)明的單殼開(kāi)放式級(jí)間(ssoi)反應(yīng)器設(shè)計(jì)的另外的實(shí)施例，該反應(yīng)器設(shè)計(jì)包括用于到該反應(yīng)器的級(jí)間區(qū)域的補(bǔ)充性氧化劑添加的裝置。

進(jìn)料氣體(例如，丙烯、蒸汽、氧氣、以及氮?dú)?從頂部進(jìn)入該反應(yīng)器，豎直地向下流動(dòng)穿過(guò)該反應(yīng)器，并且在底部離開(kāi)該反應(yīng)器。這個(gè)安排是下流式工藝配置。

該反應(yīng)器的主要區(qū)段包括圓頂形入口蓋500、第一反應(yīng)級(jí)510(在此也被稱為“r1”)、級(jí)間熱交換器530(在此也被稱為“ishx”)、開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域550、第二反應(yīng)級(jí)560(在此也被稱為“r2”)、以及錐形出口蓋580。

在相鄰區(qū)域之間的這些界面連接，在該圖中識(shí)別為505、525、545、555、以及575，可以包括永久的(例如，焊接的)連接或可以任選地包括可分離的連接，如用多個(gè)緊固件(如例如螺栓或夾鉗)固定的法蘭連接。在圖5的實(shí)施例中，界面505和575是可分離的連接，從而允許為了催化劑更換容易地拆除入口蓋500和錐形出口蓋580；此外，在至少一個(gè)實(shí)施例中，界面545和555中的至少一個(gè)也是可分離的連接，由此提供至開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域550內(nèi)的多個(gè)部件的改進(jìn)的維修進(jìn)入口。界面525可以是焊接的連接。

第一反應(yīng)級(jí)510包括多個(gè)22.3mm(0.878英寸)內(nèi)徑的管，在該圖中總體上表示為515a、515b、以及515c。可以將這些管各自的入口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r1入口管板上(本身未示出，但位于與可分離的連接505相同的位置)。級(jí)間熱交換器530也包括多個(gè)22.3mm(0.878英寸)內(nèi)徑的管，這些管在該圖中總體上表示為535a、535b、以及535c，并且在數(shù)量、直徑、以及至該第一反應(yīng)級(jí)的這些管的布置上是等同的。將每個(gè)ishx管段535a、535b、以及535c的出口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該ishx管板上(本身未示出，但在該圖中位于與界面連接545相同的位置)。

該級(jí)間熱交換器的這些管與該第一反應(yīng)級(jí)的這些r1管是同軸連續(xù)的，這是指管段535a是管515a的下端部、管段535b是管515b的下端部、管段535c是管515c的下端部，以此類推。如先前所指出的，該級(jí)間熱交換器至該第一反應(yīng)級(jí)的殼體和管的此類直接連接在此被稱為整合式級(jí)間熱交換器。

可以將高空隙率、引發(fā)湍流的插入件放置在該級(jí)間熱交換器的這些管段(535a、b、c)內(nèi)來(lái)增強(qiáng)熱傳遞，而沒(méi)有累積污垢。

通過(guò)級(jí)間擋板(本身未示出，但在該圖中位于與連接525相同的位置)將該r1殼程冷卻劑循環(huán)與該ishx殼程冷卻劑分開(kāi)；從該r1入口管板延伸到該ishx出口管板的這些同軸連續(xù)的管各自必須穿過(guò)這個(gè)級(jí)間擋板。如先前所述的，該級(jí)間擋板與真正的管板的不同在于不存在管-至-擋板的焊接；反而，穿過(guò)級(jí)間擋板的這些穿孔具有的內(nèi)徑輕微大于這些管(515a、b、c)的外徑，使得在每個(gè)管周?chē)纬稍?.25mm與2.5mm之間寬的小環(huán)形間隙(未示出)。該r1殼程冷卻劑循環(huán)能夠以并流或逆流配置來(lái)安排；類似地，該ishx殼程冷卻劑循環(huán)也能夠以并流或逆流配置來(lái)安排，并且不需要與該r1殼程冷卻劑循環(huán)的配置相匹配。

在這個(gè)具體實(shí)施例中，開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域550不包括管并且具有大約6,170mm(20.25英尺)的總長(zhǎng)度。根據(jù)本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器設(shè)計(jì)，該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域可以至少部分地填充有一種或多種穩(wěn)定的、高表面面積惰性材料551和556，其量值為足夠提供至少930m²(10,000平方英尺)的用于去除污垢的總表面面積、優(yōu)選至少2,790m²(30,000平方英尺)、以及最優(yōu)選3,720m²(40,000平方英尺)。在這個(gè)實(shí)施例中，所選擇的穩(wěn)定的、高表面面積的惰性材料556是20ppi(“孔/英寸”)陶瓷泡沫貼磚，該陶瓷泡沫貼磚具有總體上矩形形狀并且具有8％的相對(duì)密度、92％的空隙率、以及大約1,260m²/m³(384平方英尺/立方英尺)的有效表面面積。這些陶瓷泡沫貼磚被放置為與該ishx出口管板(545)直接接觸并且以此種方式安排以便獲得具有平面的頂部表面和76mm(3英寸)均勻厚度的連續(xù)的陶瓷泡沫床層。優(yōu)選的是用包括金屬絲網(wǎng)的多個(gè)催化劑支撐格板將這個(gè)陶瓷泡沫床層固定在位置上，盡管可以任選地使用其他固定裝置。如在這個(gè)實(shí)施例中配置的，此類陶瓷泡沫床層提供了大于2,290m²(24,650平方英尺)的用于去除污垢的總表面面積。

在開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域550內(nèi)緊接著該陶瓷泡沫床層的下游是補(bǔ)充性氧化劑混合組件；在這個(gè)實(shí)施例中，這個(gè)特定的混合組件是“文丘里混合器”，但還可以使用其他補(bǔ)充性氧化劑混合組件，而不偏離本發(fā)明的精神。

補(bǔ)充性氧化劑供應(yīng)管線546提供補(bǔ)充性氧化劑，該補(bǔ)充性氧化劑包括氧氣以及任選地一種或多種惰性物質(zhì)，如例如氮?dú)?、水、或二氧化碳，作為到該文丘里混合器?nèi)的氣體流。任選的氧化劑熱交換器547可以用于在該補(bǔ)充性氧化劑到達(dá)該文丘里混合器之前而調(diào)節(jié)其溫度。任選的流量控制裝置，如例如流量控制閥(未示出)也可以于補(bǔ)充性氧化劑供應(yīng)管線546上存在。

這個(gè)實(shí)施例的文丘里混合器包括三個(gè)區(qū)段，這三個(gè)區(qū)段是互相連接的以形成連續(xù)的、流通式混合組件：入口收縮段552、中間喉管段553、以及出口擴(kuò)張段554。該文丘里混合器的總長(zhǎng)度是6,096mm(20英尺)。

入口收縮段552是具有5,486mm(18英尺)的內(nèi)徑、305mm(12英寸)的外徑、1,494mm(4.9英尺)的總長(zhǎng)度、以及120度的夾角的倒置截錐體。在這個(gè)實(shí)施例中，將另外的穩(wěn)定的、高表面面積的惰性材料551放置在入口收縮段552內(nèi)；具體地，收縮段552完全地填充有25.4mm(1英寸)直徑的envirostone66惰性陶瓷球體，該envirostone66惰性陶瓷球體提供了1,769m²(19,000平方英尺)的用于去除污垢的另外的表面面積。當(dāng)與鄰近于該ishx管板的20ppi的陶瓷泡沫層相結(jié)合時(shí)，這導(dǎo)致大于4,060m²(43,700平方英尺)的在開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域550內(nèi)的總表面面積。在收縮段552與喉管段553的相交處還放置了水平的金屬絲篩網(wǎng)(未示出)，以便支撐這些惰性球體并且防止它們進(jìn)入喉管段553。

中間喉管段553是具有305mm(12英寸)的內(nèi)徑以及1,219mm(4英尺)的總長(zhǎng)度的柱體；這個(gè)喉管段可以包括一種或多種選自以下清單的共混元件548，該清單包括噴嘴、注入器、氣氣混合元件、分配器、吸氣器、康達(dá)效應(yīng)混合元件、鼓泡器、靜態(tài)混合元件、噴射器、以及噴槍。除了這些共混元件之外，優(yōu)選的是喉管段553不含有障礙物，使得將混合效率最大化，例如，在至少一個(gè)實(shí)施例中，喉管段553不包括穩(wěn)定的、高表面面積的惰性材料。

在這個(gè)具體實(shí)施例中，共混元件548包括氣氣混合元件。在ep1726355(b1)中披露了適合的氣氣混合元件的一個(gè)實(shí)例。適合的氣氣混合元件的其他實(shí)例包括可商購(gòu)的元件，如oxynator^tm(從法國(guó)巴黎的液化空氣集團(tuán)(airliquide)可獲得的)以及oxymix^tm氧氣注入器(從德國(guó)hollriegelskreuth的林德集團(tuán)的林德氣體分離公司(lindegasdivisionoflindeag,hollriegelskreuth)可獲得的)。

當(dāng)氣氣混合元件用作該共混元件時(shí)，可以將該元件放置在喉管段553的下游段的附近，使得在該元件的下游存在至少3個(gè)具有無(wú)阻礙的管直徑。因此在這個(gè)實(shí)施例中，將共混元件548放置在距喉管段553的上游端不大于305mm(12英寸)的距離處。

出口擴(kuò)張段554是具有305mm(12英寸)的內(nèi)徑、5,486mm(18英尺)的外徑、3,377mm(11.1英尺)的總長(zhǎng)度、以及75度的夾角的截錐體。擴(kuò)張段554是空的，即，它不包括穩(wěn)定的、高表面面積的惰性材料。

任選地，開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域550的殼體壁的至少一個(gè)部分包括可拆除的殼體區(qū)段，如在圖5中由虛線所指示的。在一個(gè)實(shí)施例中，該可拆除的殼體區(qū)段從界面545延伸到555，從而提供足夠的入口以便從開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域550移除該文丘里混合器的一個(gè)或多個(gè)完整區(qū)段(552、553、或554)。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以從該反應(yīng)器完全地移除開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域550的殼體壁，從而提供足夠的空隙以便同時(shí)移除該文丘里混合器的所有三個(gè)區(qū)段。此類任選的可拆除的殼體區(qū)段的使用可以減少在開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域550的殼體壁上對(duì)入口人孔的需要。

第二反應(yīng)級(jí)560包括多個(gè)31.75mm(1.25英寸)內(nèi)徑的管，在該圖中總體上表示為565a、565b、以及565c。將在該第二反應(yīng)級(jí)中的每個(gè)管的入口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r2入口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與界面連接555相同的位置)。將每個(gè)管段565a、565b、以及565c的出口端附接(例如通過(guò)焊接或輥軋)到該r2出口管板上(本身未示出，但在該圖中位于與可分離的連接575相同的位置)。在這個(gè)實(shí)施例中，該第二反應(yīng)級(jí)的這些管(r2管)的數(shù)量、直徑、或布置不同于該第一反應(yīng)級(jí)中的這些管(r1管)。

盡管在圖5中未示出，本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器的這個(gè)實(shí)例進(jìn)一步包括三個(gè)獨(dú)立受控制的冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)提供了所需要的單獨(dú)地調(diào)節(jié)每個(gè)冷卻區(qū)域(510、530、560)的溫度的能力。這些系統(tǒng)在此被稱為r1冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，支持第一反應(yīng)級(jí)510；ishx冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，支持級(jí)間熱交換器530；以及r2冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，支持第二反應(yīng)級(jí)560。在至少一個(gè)實(shí)施例中，syltherm^tm傳熱遞流體(從美國(guó)密歇根州米德蘭市的陶氏化學(xué)公司(dowchemicalco.)可獲得的)用作用于所有這三個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的冷卻劑介質(zhì)。

與本發(fā)明的設(shè)計(jì)一致，此類冷卻劑系統(tǒng)配置允許級(jí)間熱交換器的工藝側(cè)溫度是獨(dú)立于該第一反應(yīng)級(jí)的工藝溫度而受控制的，從而確?？梢詫㈦x開(kāi)該ishx的工藝氣體維持在至少240℃并且不大于280℃的溫度下。盡管不是本發(fā)明設(shè)計(jì)的必要特征，這個(gè)具體實(shí)施例還可以提供獨(dú)立于該級(jí)間熱交換器的工藝溫度而控制該第二反應(yīng)級(jí)的工藝側(cè)溫度的能力；這種控制氧化過(guò)程操作的附加能力在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中使用。包括系統(tǒng)設(shè)備和殼程擋板的這些殼程鹽循環(huán)系統(tǒng)的其他特征與圖1b的先前所述的實(shí)施例是一致的。應(yīng)該指出，總體上在與該工藝流程相反的方向移動(dòng)的本發(fā)明的冷卻劑流動(dòng)-即，冷卻劑介質(zhì)向上流動(dòng)穿過(guò)該殼體，而該工藝氣體向下流動(dòng)穿過(guò)這些管-通常被稱為逆流冷卻劑循環(huán)。還可行的是將這個(gè)實(shí)施例的冷卻劑流動(dòng)配置為以并流冷卻劑循環(huán)、或甚至作為“混合式”冷卻劑循環(huán)而總體上向下流動(dòng)，其中一些冷卻劑流動(dòng)是并流的，而其他是逆流的。此外，設(shè)想了在一些實(shí)施例中，可以有利的是利用用于單一反應(yīng)器的多于一種的冷卻劑介質(zhì)，如例如，在該r1冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)和該ishx冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)中的syltherm^tm熱傳遞流體，以及在該r2冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)中的鹽。

當(dāng)在表7a的例2所概述的補(bǔ)充性氧化劑添加條件下操作時(shí)，這個(gè)實(shí)施例的反應(yīng)器具有110千噸/年的標(biāo)稱丙烯酸能力。而且，用于這個(gè)實(shí)施例的級(jí)間停留時(shí)間是穿過(guò)該級(jí)間熱交換器、該陶瓷泡沫層、以及該文丘里混合器的每個(gè)區(qū)段的停留時(shí)間的總和，被確定為2.85秒。實(shí)例7(下面)展示了如何計(jì)算用補(bǔ)充性氧化劑添加操作的ssoi反應(yīng)器的級(jí)間停留時(shí)間。

圖6提供了補(bǔ)充性氧化劑混合組件(在用補(bǔ)充性氧化劑添加操作的ssoi反應(yīng)器中是有用的)的一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)視圖。在這個(gè)實(shí)施例中，該補(bǔ)充性氧化劑混合組件是包括新穎的注入器環(huán)的文丘里混合器，并且以工藝上流式取向示出了所述文丘里混合器，其中工藝氣體從底部進(jìn)入穿過(guò)入口收縮段650，穿過(guò)中間喉管段630，并且穿過(guò)出口擴(kuò)張段640而退出。此種取向在工藝上流式反應(yīng)器中可以是有用的，如例如圖4的反應(yīng)器實(shí)施例。盡管在此以工藝上流式取向進(jìn)行了描述，應(yīng)該指出，還可以有益地以下流式取向使用圖6的文丘里混合器裝置。

在這個(gè)實(shí)施例中，該文丘里混合器安置在不銹鋼開(kāi)孔泡沫660的150mm厚(6英寸)的層上。入口收縮段650在形狀上是錐形的，具有5517mm(18.1英尺)的基底尺寸d1、379mm(1.24英尺)的高度h1、以及160度的夾角a1。區(qū)段650進(jìn)一步包括大約76mm(3英寸)厚的安裝法蘭651。在至少一個(gè)實(shí)施例中，入口收縮段的內(nèi)部體積包括具有小于50％的堆空隙率的微粒惰性材料。在一個(gè)實(shí)施例中，例如，入口收縮段650的內(nèi)部體積的50％被25.4mm(1英寸)直徑的denstone57惰性球體(在該圖中表示為655)占據(jù)以減少在該文丘里混合器的這個(gè)區(qū)段的停留時(shí)間。

中間喉管段630是圓柱形的，具有1,219mm(4英尺)的內(nèi)部直徑d0。區(qū)段630具有457mm(1.5英尺)的總高度h0，這是由305mm(12英寸)厚的壁區(qū)段與一對(duì)76mm(3英寸)安裝法蘭641和651組合而產(chǎn)生；安裝法蘭641和651提供了到區(qū)段630的可分離的連接并且用可拆除的緊固件(未示出)，如例如螺栓被保持在位置上。喉管段630的內(nèi)部包括整體的環(huán)形通道631，該整體的環(huán)形通道處于與多個(gè)注入器端口635的流體連接并且在此被稱為“注入器環(huán)”；這些注入器端口635是該注入器環(huán)的共混元件并且用于將該補(bǔ)充性氧化劑流均勻分布在整個(gè)該文丘里混合器裝置的喉管段內(nèi)。

在圖6的實(shí)施例中，該注入器環(huán)使用總共216個(gè)注入器端口，每個(gè)直徑是9.5mm(3/8英寸)。如在該圖中所指明的，將這些注入器端口配置成為三個(gè)平行的排，這三個(gè)平行的排以沿該注入器環(huán)的內(nèi)部表面規(guī)則的三角形/交錯(cuò)模式被放置。每排包括72個(gè)注入器端口，這些端口是圍繞該注入器環(huán)的內(nèi)部圓周均勻間隔的，并且在該排中在每個(gè)端口之間具有大約44mm(1.7英寸)的距離。將至少一個(gè)補(bǔ)充性氧化劑供應(yīng)管線633連接到喉管段630，從而為補(bǔ)充性氧化劑進(jìn)料氣體進(jìn)入環(huán)形通道631提供了路徑。在這個(gè)實(shí)施例中，補(bǔ)充性氧化劑管線633在直徑上是203mm(8英寸)并且包括用于溫度控制的裝置，如任選的上游溫度控制熱交換器(未示出)，以及還有用于流量控制的裝置，如上游流量控制閥(未示出)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，供應(yīng)管線633的直徑相對(duì)于這些注入器端口635的尺寸是大的，以便增強(qiáng)進(jìn)料氣體圍繞該注入器環(huán)的整個(gè)圓周的分配，例如，供應(yīng)管線633直徑與注入器端口635直徑的比率可以是至少10，如至少15或至少20。在這個(gè)具體實(shí)施例中，該供應(yīng)管線直徑是203mm并且該注入器端口直徑是9.5mm，使得供應(yīng)管線633直徑與注入器端口635直徑的比率為21。這個(gè)大比率還確保了足夠的壓降，以便抵抗?jié)摰乜扇嫉墓に嚉怏w從該注入器環(huán)回流到補(bǔ)充性氧化劑供應(yīng)管線633內(nèi)。還可以使用該補(bǔ)充性氧化劑氣體流的任選的過(guò)濾，以便最小化這些小直徑注入器端口的潛在的阻塞(由不希望的材料，如例如聚合物固體、生銹顆粒、或夾帶的液滴造成的)。

出口擴(kuò)張段640在形狀上可以是錐形的，具有5517mm(18.1英尺)的基底尺寸d2、2149mm(7英尺)的高度h2、以及90度的夾角a2。區(qū)段640進(jìn)一步包括大約76mm(3英寸)厚的安裝法蘭641。在至少一個(gè)實(shí)施例中，出口擴(kuò)張段640的內(nèi)部體積是空的。

當(dāng)將這個(gè)實(shí)施例的補(bǔ)充性氧化劑混合組件(在收縮段650包括上述的denstone球體)安裝在先前所展示的圖4中類型的ssoi反應(yīng)器中，并且在表7a，例2(例如，9,702kg/hr的丙烯速率以及6,437nm³/hr的總補(bǔ)充性氧化劑流量)的條件下進(jìn)一步進(jìn)行操作時(shí)，所產(chǎn)生的ssoi反應(yīng)器將會(huì)以大約2.5秒的級(jí)間停留時(shí)間運(yùn)行，并且將在該級(jí)間區(qū)域內(nèi)具有大于4,850m²(52,300平方英尺)的惰性表面面積。

將本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器與丙烯酸收集以及純化系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合可以導(dǎo)致用于制造商業(yè)純度丙烯酸的改進(jìn)的工藝。例如，配備有吸收劑液流(如例如水或聯(lián)苯)的逆流吸收塔可以用于從該反應(yīng)器產(chǎn)物氣體收集丙烯酸，由此形成包含丙烯酸和吸收劑的粗產(chǎn)物溶液。然后可以使用分離步驟如溶劑萃取和共沸蒸餾從該粗產(chǎn)物溶液中回收丙烯酸。在美國(guó)專利號(hào)5,426,221、6,639,106以及6,998,505中提供了此類基于吸收的丙烯酸收集和純化系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)例。

圖8示出了涉及用于制造丙烯酸的整合式工藝的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例，包括上流式ssoi反應(yīng)器(830)以及無(wú)溶劑的丙烯酸收集和純化系統(tǒng)。該無(wú)溶劑的丙烯酸收集和純化系統(tǒng)包括脫水柱和最終處理柱。

這個(gè)具體實(shí)施例的大規(guī)模商業(yè)ssoi反應(yīng)器具有160千噸/年的額定丙烯酸能力，并且該無(wú)溶劑丙烯酸收集和純化系統(tǒng)(在此被稱為“sft”系統(tǒng))進(jìn)行尺寸確定以提供當(dāng)量(匹配的)丙烯酸處理能力。在美國(guó)專利號(hào)8,242,308中披露了sft系統(tǒng)的實(shí)例，將其通過(guò)引用結(jié)合在此。使用與本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器相組合的sft系統(tǒng)可以提供的至少以下益處中的一種，優(yōu)于該ssoi反應(yīng)器與更傳統(tǒng)的基于吸收的丙烯酸收集和純化工藝的結(jié)合：

(1)該sft系統(tǒng)不包括吸收塔，并且因此不要求添加吸收劑，如例如包含聯(lián)苯或水的液流

(2)該sft系統(tǒng)能夠?qū)⒋直┧崦撍?，而不使用萃取溶劑，如丙烯酸乙脂，或與水形成共沸混合物的蒸餾溶劑，如例如甲基異丁基甲酮(mibk)、乙酸乙酯、甲苯、或乙酸異丙酯。

此類改進(jìn)可以極大地簡(jiǎn)化丙烯酸的生產(chǎn)并且減少所要求的工藝設(shè)備的量值，由此導(dǎo)致優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)工藝的顯著的操作及資本成本節(jié)省。

參見(jiàn)圖8，反應(yīng)器830是由可拆除的入口和出口反應(yīng)器蓋構(gòu)造而成的。在設(shè)計(jì)條件下，在大于14,100千克/小時(shí)(31,000磅/小時(shí))的流動(dòng)速率下將丙烯提供至該反應(yīng)器。用連續(xù)靜態(tài)混合元件將丙烯、空氣、循環(huán)氣體(流814)、以及任選地蒸汽一起進(jìn)行共混，以便形成混合進(jìn)料氣體，該混合進(jìn)料氣體具有至少7.5mol％的丙烯濃度、在1.6與2.0之間的氧氣與丙烯的摩爾比、以及大約1.2或更小的水蒸汽與丙烯的摩爾比。在一個(gè)實(shí)施例中，該混合進(jìn)料氣體具有至少8mol％的丙烯濃度，并且氧氣與丙烯的摩爾比是大約1.8，并且水蒸汽與丙烯的摩爾比是大約0.75或更小。

該混合進(jìn)料氣體在大于該混合物的露點(diǎn)溫度的溫度下經(jīng)由共同的進(jìn)料管線831進(jìn)入該反應(yīng)器的底部。在一個(gè)實(shí)施例中，該混合進(jìn)料氣體在溫度為小于大約200℃，例如大約195℃或甚至大約145℃下進(jìn)入該反應(yīng)器。一個(gè)或多個(gè)熱交換器和丙烯蒸發(fā)器(未示出)可以任選地用于控制這些單獨(dú)的進(jìn)料氣體的溫度，由此控制進(jìn)入該反應(yīng)器的混合進(jìn)料氣體的溫度。任選地，可以通過(guò)與產(chǎn)物氣體流801的熱交換而控制循環(huán)氣體流814的溫度；為此目的(未示出)可以配置熱交換裝置832。在該反應(yīng)器的下部的第一反應(yīng)級(jí)包括大于33,000個(gè)具有25.4mm內(nèi)徑的無(wú)縫碳鋼管(以60度三角形模式安排)，并且具有3,750mm(12.3英尺)的長(zhǎng)度。在該第一反應(yīng)級(jí)內(nèi)的每個(gè)管與位于緊接著該第一反應(yīng)級(jí)的下游的該級(jí)間熱交換器的管是同軸連續(xù)的，并且在此被稱為整合式級(jí)間熱交換器。因此，該級(jí)間熱交換器(ishx)也包括大于33,000個(gè)具有25.4mm內(nèi)徑的無(wú)縫碳鋼管。該ishx具有2,100mm(6.9英尺)的長(zhǎng)度。穿過(guò)該第一反應(yīng)級(jí)和該級(jí)間熱交換器兩者的這些連續(xù)管的總長(zhǎng)度因此是5,850mm(19.2英尺)。為了將催化劑保持在這些連續(xù)的管內(nèi)，將多個(gè)先前所述的包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板直接附接到該第一級(jí)入口管板上。這些連續(xù)的管各自然后可以從管的上游(入口)端開(kāi)始如下被裝入：

·250mm(10英寸)的1/4英寸(6mm)直徑envirostone66惰性陶瓷球體

·730mm(36英寸)的acf7-l(大柱體)催化劑

·2770mm(136英寸)的acf7-s(小柱體)催化劑

·2100mm(83英寸)長(zhǎng)螺旋狀引發(fā)湍流的插入件

這個(gè)裝料安排表導(dǎo)致在每個(gè)第一反應(yīng)級(jí)管中1.042kg的總acf7催化劑(大+小尺寸顆粒)的進(jìn)料。穿過(guò)該級(jí)間熱交換器的工藝氣體的停留時(shí)間是大約0.94秒。

這些工藝氣體在不大于大約280℃(536°f)的溫度下離開(kāi)該級(jí)間熱交換器，并且然后穿過(guò)該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域。可以將任選的補(bǔ)充性氧化劑835，如空氣或其他含氧氣的氣體穿過(guò)任選的熱交換器836并且然后添加到該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域；在此種情況下，任選的混合裝置，如例如在此先前所述的并且進(jìn)一步在圖6中所展示的類型的文丘里混合器可以用于將工藝氣體與補(bǔ)充性氧化劑的混合物安全地均勻化。然而，在這個(gè)具體的實(shí)施例中，不添加補(bǔ)充性氧化劑至該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域。

該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域是2,100mm(6.9英尺)長(zhǎng)并且裝載有足夠的38mm(1.5英寸)直徑的envirostone66惰性球體以占據(jù)在該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域內(nèi)的體積的大約90％，由此提供陶瓷球體床層，該床層具有大于1,895mm(6.2英尺)的平均深度以及大于4,180m²(大于45,000平方英尺)的用于去除污垢的表面面積。此外，該級(jí)間停留時(shí)間(ishx與開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域停留時(shí)間的合并)，如在240℃和30psia(2atm)的基準(zhǔn)條件下測(cè)量的，是大約2.2秒，即，小于3秒的停留時(shí)間。

這些工藝氣體然后傳送進(jìn)入位于該反應(yīng)器的上部的第二反應(yīng)級(jí)。該第二反應(yīng)級(jí)具有3,405mm(11.2英尺)的長(zhǎng)度。該第二反應(yīng)級(jí)具有與該第一反應(yīng)級(jí)相等的管計(jì)數(shù)、內(nèi)部管直徑、以及管布局，由此也包括大于33,000個(gè)具有25.4mm內(nèi)徑的無(wú)縫碳鋼管(以60度三角形模式安排)。為了將催化劑保持在這些管內(nèi)，將多個(gè)先前所述的包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板直接附接到該第二級(jí)入口管板上。這些管各自從管的上游(入口)端開(kāi)始如下被裝入，：

·具有305mm(12英寸)總長(zhǎng)度的改進(jìn)的螺旋狀插入件，包括附接到280mm(11英寸)長(zhǎng)的螺旋狀引發(fā)湍流的插入件的下游端的25.4mm(1英寸)長(zhǎng)的錐形保持彈簧

·640mm(31.5英寸)的acs7-l(大球體)催化劑

·2260mm(120.5英寸)的acs7-s(小球體)催化劑

·200mm(7.9英寸)的1/4英寸(6mm)直徑envirostone66惰性陶瓷球體

這個(gè)裝料安排表導(dǎo)致在每個(gè)第二反應(yīng)級(jí)管中1.417kg的總acs7催化劑(大+小尺寸球體)的進(jìn)料，并且提供用于該反應(yīng)器的1.36的總催化劑質(zhì)量比。

所有這三個(gè)主要反應(yīng)器區(qū)域(第一反應(yīng)級(jí)、級(jí)間熱交換器、以及第二反應(yīng)級(jí))可以通過(guò)它們自己獨(dú)立的殼程冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)而進(jìn)行冷卻。一種或多種dowtherm^tm、syltherm^tm或鹽可以用作該冷卻介質(zhì)；在這個(gè)具體實(shí)施例中，使用熔融的冷卻鹽。盡管未在該圖中具體顯示，這些冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)各自包括多個(gè)其他部件(如例如泵、冷卻劑流量控制閥、以及蒸汽鍋爐)，并且在并流循環(huán)配置中運(yùn)行，這意味著，對(duì)于每個(gè)反應(yīng)器區(qū)域，冷卻鹽流進(jìn)入該區(qū)域的下部并且熱鹽流從該區(qū)域的上部離開(kāi)。

包含丙烯酸的產(chǎn)物氣體801離開(kāi)該反應(yīng)器的頂部并且在間接的熱交換器832中被冷卻至大約225℃(437°f)的溫度。間接的熱交換器832可以包括一個(gè)或多個(gè)熱傳遞裝置，包括但不限于殼管式熱交換器、夾套式管、板式熱交換器(phe)、扭曲管式熱交換器、以及螺旋式熱交換器。在這個(gè)實(shí)施例中，熱交換器832是殼管式熱交換器。在替代實(shí)施例中，將間接的熱交換器832省略并且該ssoi反應(yīng)器包括整體的出口冷卻器(未示出)，位于該第二反應(yīng)級(jí)的出口(頂部)管板與該出口反應(yīng)器蓋之間。此類整體的出口冷卻器在設(shè)計(jì)上與該級(jí)間熱交換器類似，具有與該第二反應(yīng)級(jí)的這些管同軸連續(xù)的管、獨(dú)立的冷卻劑循環(huán)、以及在每個(gè)管內(nèi)的高空隙率引發(fā)湍流的插入件。

冷卻的產(chǎn)物氣體然后進(jìn)入脫水住810的下部，其中它被循環(huán)液體噴淋直接接觸。將液體脫水底部流816從柱810的底部去除，并且將該流(820)的一部分傳遞到再沸器812，該再沸器812可以包括一個(gè)或多個(gè)溫差循環(huán)系統(tǒng)或強(qiáng)制循環(huán)類型的再沸器。然后將該經(jīng)加熱的流供應(yīng)(經(jīng)由傳送管線811)到在脫水柱810的下部?jī)?nèi)的噴淋裝置；此類脫水柱配置在此被稱為“整合式驟冷”步驟。在替代實(shí)施例中，這個(gè)液體接觸驟冷步驟在緊接著脫水柱810的上游的一個(gè)或多個(gè)容器中(未示出)進(jìn)行；此類替代實(shí)施例被稱為“階段式驟冷”步驟。

在圖8的實(shí)施例中，在與在該脫水柱內(nèi)的液體噴淋接觸之后，該驟冷的工藝氣體然后向上穿過(guò)一系列的分離-級(jí)(separation-stage)部件，如例如，一個(gè)或多個(gè)篩孔塔板、雙流塔板、泡罩塔板、疏松填充填料、閥塔板、以及規(guī)整填料，以便將丙烯酸從輕餾分雜質(zhì)中分離。中間工藝氣體流(包含水蒸汽和不可冷凝氣體，如例如，氮?dú)?、二氧化碳、丙烷、以及未反?yīng)的丙烯)從柱810的頂部離開(kāi)并且穿過(guò)冷凝器813，從而產(chǎn)生被回流返回到柱810內(nèi)的冷凝物807、以及包含水蒸汽和不可冷凝氣體的脫水柱塔頂蒸氣流802。在一個(gè)實(shí)施例中，脫水柱塔頂蒸氣流802包含小于25mol％的水蒸汽。在一個(gè)實(shí)施例中，流802包含大約80％的氮?dú)庖约安淮笥?％的混合的co2和co。將脫水柱塔頂蒸汽流802分為兩個(gè)部分，循環(huán)氣體流814以及清洗流815。循環(huán)氣體流814具有的質(zhì)量流速為在塔頂蒸汽流802的質(zhì)量流速的5％與50％之間，如例如，在塔頂蒸汽流802的10％與40％之間、或在塔頂蒸汽流802的15％與35％之間。將循環(huán)氣體流814返回到ssoi反應(yīng)器830中。任選地，循環(huán)氣體流814可以在被返回到反應(yīng)器830之前在一個(gè)或多個(gè)調(diào)節(jié)步驟中進(jìn)行處理，如例如過(guò)濾、聚結(jié)、預(yù)加熱、以及壓縮(未示出)。如果使用壓縮機(jī)，優(yōu)選的是所述壓縮機(jī)的至少一個(gè)是選自以下清單的類型，該清單包括吹風(fēng)機(jī)(在本領(lǐng)域也被稱為徑向壓縮機(jī)或離心壓縮機(jī))、無(wú)油螺旋式壓縮器、以及液體噴射排放壓縮機(jī)。在一個(gè)實(shí)施例中，循環(huán)氣體流814在被返回到ssoi反應(yīng)器830之前首先與工藝氣體進(jìn)行混合，并且然后在離心壓縮機(jī)中進(jìn)行處理。在至少一個(gè)實(shí)施例中，將循環(huán)氣體流814流動(dòng)穿過(guò)的這些工藝管線的內(nèi)表面維持在不小于大約90℃、并且高于水的露點(diǎn)的溫度下，以便防止在其中的水蒸汽的冷凝?？梢詫⑶逑戳?15排出，或在至少一個(gè)實(shí)施例中，它可以進(jìn)一步，例如，在催化燃燒單元(ccu)、熱氧化器、以及廢物熱能回收系統(tǒng)(未示出)的一個(gè)或多個(gè)中進(jìn)行處理。

將流803，液體脫水底部流816的未傳送至再沸器812的部分，提供到最終處理柱817。最終處理柱817在低于大氣壓的壓力下運(yùn)行，并且包括一系列的分離-級(jí)部件，如例如，一個(gè)或多個(gè)篩孔塔板、雙流塔板、泡罩塔板、疏松填充填料、閥塔板、以及規(guī)整填料，以便將丙烯酸從重尾部餾分雜質(zhì)中分離并且生產(chǎn)側(cè)取物丙烯酸產(chǎn)物流805。側(cè)取物丙烯酸流805包含按重量計(jì)至少99.5％的丙烯酸、小于0.15％的水、以及小于0.075％的乙酸；因此該流滿足用于“工業(yè)級(jí)丙烯酸”的純度規(guī)格并且可以使用，而不用另外的純化。任選地，側(cè)取物丙烯酸產(chǎn)物流805可以在熔融結(jié)晶工藝(未示出)中進(jìn)一步進(jìn)行處理，以便獲得甚至更高純度的丙烯酸。

通常，將底部再循環(huán)物809(包含重尾部餾分，如例如丙烯酸二聚物)循環(huán)穿過(guò)再沸器818(可以包括一個(gè)或多個(gè)溫差循環(huán)系統(tǒng)或強(qiáng)制循環(huán)類型再沸器)，并且返回到該最終處理柱的下部。將底部再循環(huán)物809的至少一部分傳送到酯化工藝(經(jīng)由酯級(jí)產(chǎn)物流806)，如例如丙烯酸丁酯生產(chǎn)工藝(包括二聚物裂化器)。在一個(gè)實(shí)施例中，酯級(jí)產(chǎn)物流806與側(cè)取物丙烯酸產(chǎn)物流805的質(zhì)量流動(dòng)比是不大于1.5。在另一個(gè)實(shí)施例中，酯級(jí)產(chǎn)物流806與側(cè)取物丙烯酸產(chǎn)物流805的質(zhì)量流動(dòng)比是不大于1.0。任選地，將底部再循環(huán)物809的一部分循環(huán)到該最終處理柱的頂部，以便減少阻聚劑消耗。將最終處理柱塔頂流808穿過(guò)總冷凝器819；不將所產(chǎn)生的液體冷凝物回流到柱817中；反而，將所有最終處理柱冷凝物流804與流820相結(jié)合并且返回到在脫水柱810的下部?jī)?nèi)的噴淋裝置。

已經(jīng)公認(rèn)的是大量已知的額外特征和細(xì)節(jié)，如使用伴熱、保溫層、清洗設(shè)備、儀器裝備、在線過(guò)濾器、多點(diǎn)熱電偶、安全設(shè)備、能量回收設(shè)備、抑制劑噴淋和分配裝置、以及用于構(gòu)造的特定材料，連同在該工藝內(nèi)的特定點(diǎn)上添加阻聚劑、含氧氣的氣體、防污劑、和腐蝕抑制劑，可以被進(jìn)一步結(jié)合在這個(gè)工藝設(shè)計(jì)中，而不偏離本發(fā)明實(shí)施例的范圍。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以使用裝置來(lái)減少在該第二反應(yīng)級(jí)內(nèi)的操作壓力。此類裝置可以單獨(dú)地使用，但是還可以與一種或多種設(shè)計(jì)特征(如上述的使用具有大于22.3mm的內(nèi)徑的管)組合使用。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用錐形出口反應(yīng)器蓋(如在圖5中由部件580表示的)，而不是圓頂形或橢圓蓋，以便減少在該反應(yīng)器出口的湍流壓力損失。

在另一實(shí)施例中(參見(jiàn)圖8)，可以在該反應(yīng)器出口和下游收集和純化設(shè)備(如例如，脫水塔810)之間使用大直徑出口管路801來(lái)傳送反應(yīng)器產(chǎn)物氣體(也被稱為“反應(yīng)氣體”)，以便最小化在ssoi反應(yīng)器830內(nèi)的壓力。如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“大直徑出口管路”是指具有足夠直徑的出口管路，以便實(shí)現(xiàn)0.08或更大的出口直徑比ko。該出口直徑比ko在此被定義為該出口管路(dp)的直徑與該出口反應(yīng)器蓋(dr)的直徑的比率-即，ko＝dp/dr。作為舉例，對(duì)于具有5,517mm(18.1英尺)的出口反應(yīng)器蓋直徑的圖1的反應(yīng)器實(shí)施例，305mm(12英寸)直徑的出口管道將不被視為“大直徑出口管路”，因?yàn)閗o＝0.055。因此，對(duì)于其中該出口反應(yīng)器蓋直徑是5,517mm(18.1英尺)的實(shí)施例，從該反應(yīng)器出口至該脫水柱的出口管路的直徑將是至少457mm(18英寸)(k＝0.083)，如例如，直徑是至少610mm(24英寸)(k＝0.111)、直徑是至少762mm(30英寸)(k＝0.138)、或直徑是至少914mm(36英寸)(k＝0.166)。鑒于本披露的益處，鑒于已知的反應(yīng)器出口蓋直徑，當(dāng)然可以由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員進(jìn)行類似的計(jì)算，以便確定用于其他“大直徑出口管路”的適當(dāng)尺寸。

在一些實(shí)施例中，將任選的熱交換器(在此被稱為“r2出口冷卻器”)放置在該反應(yīng)器出口的下游，以便在該產(chǎn)物氣體轉(zhuǎn)移到下游收集設(shè)備(如水性吸收器或脫水塔)之前調(diào)節(jié)其溫度。在現(xiàn)有技術(shù)中很好地描述了殼管式類型設(shè)計(jì)用于r2出口冷卻器服務(wù)(參見(jiàn)例如美國(guó)專利號(hào)7,038,079)，并且(如果使用的話)可以被設(shè)計(jì)來(lái)最小化工藝氣體側(cè)壓降。此外，因?yàn)榇祟悮す苁筋愋蛂2出口冷卻器的污垢是常見(jiàn)的，在至少一個(gè)實(shí)施例中，該r2出口冷卻器的工藝氣體側(cè)可以由抗污垢的材料，如例如蒙乃爾合金或其他含銅的金屬構(gòu)造(參見(jiàn)例如，美國(guó)專利號(hào)7,906,679，通過(guò)引用結(jié)合在此)。幾何設(shè)計(jì)特征，如傾斜的工藝管線以及豎直取向的交換器管在抗污垢的累積上也可以是有益的。液相或氣相抑制劑和防污劑的使用也可以是有益的。最后，用于污垢的該工藝氣體側(cè)交換器表面的低點(diǎn)排出與連續(xù)的監(jiān)控的合并，與在所述監(jiān)控過(guò)程中識(shí)別的任何累積的迅速去除相結(jié)合，可以幫助最小化跨過(guò)該交換器的壓降增加并且?guī)椭乐瓜嚓P(guān)聯(lián)的上游第二反應(yīng)級(jí)操作壓力的上升。

上述的殼管式類型r2出口冷卻器的替代方案是低壓降、液體接觸式熱交換器，也被稱為“噴淋式冷卻器”，其是在美國(guó)專利號(hào)8,242,308中所述的(參加，例如，圖2)并且通過(guò)引用結(jié)合在此。在一些實(shí)施例中，可以使用殼管式類型r2出口冷卻器和噴淋式冷卻器兩者；如果這兩種類型的交換器與本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器組合使用，那么在至少一個(gè)實(shí)施例中，可以將該液體接觸式熱交換器放置在該殼管式類型r2出口冷卻器的下游。

實(shí)例

實(shí)例1–除焦試驗(yàn)

在文獻(xiàn)中已經(jīng)報(bào)道了可以使用特殊方法來(lái)對(duì)mmo催化劑“除焦”和/或“再生”，由此改進(jìn)它們的轉(zhuǎn)化率和選擇性。該方法總體上包括利用簡(jiǎn)短的12小時(shí)或更多的處理周期，在其中將該反應(yīng)器從生產(chǎn)中取出并且將該mmo催化劑暴露于空氣，或蒸汽與空氣的組合(原位)。根據(jù)文獻(xiàn)，預(yù)期此類處理可以提高該mmo催化劑的氧化態(tài)，去除碳化物沉積(經(jīng)由同一氧化)，并且減少跨過(guò)該反應(yīng)器的工藝側(cè)壓降，由此提高性能(參見(jiàn)例如，美國(guó)專利號(hào)7,897,813，第7欄，第33至第67行)。進(jìn)行實(shí)例1來(lái)確定當(dāng)這些方法被應(yīng)用于本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器時(shí)，其使用是否可以提供益處。

為了進(jìn)行這個(gè)測(cè)試，在先前所述的圖1a、1b、以及1c中表示的ssoi反應(yīng)器裝載有新的商業(yè)催化劑。在這個(gè)特別的實(shí)例中，選擇acf-7和acs-7催化劑來(lái)用于本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器中。

用acf-7催化劑裝填第一反應(yīng)級(jí)110的每個(gè)管。從在該r1入口管板的管入口開(kāi)始，該第一反應(yīng)級(jí)(115a、b、c)的這些管如下進(jìn)行裝載：大約267mm的惰性球體、905mm的acf-7l催化劑、以及3445mm的acf-7s催化劑。這導(dǎo)致第一級(jí)催化劑的1.295kg/管的總質(zhì)量(acf-7l+acf-7s)。

穿過(guò)整合式級(jí)間熱交換器130的剩余的2,057mm長(zhǎng)的管段(135a、b、c)，被惰性5/16英寸(8mm)碳化硅環(huán)(從美國(guó)美國(guó)亞克朗市的諾頓化工產(chǎn)品公司(nortonchemicalprocessproductscorp)可獲得的)的短(25mm–50mm深)過(guò)渡層占據(jù)，該短過(guò)渡層安置在改進(jìn)的螺旋狀插入件的頂上。如先前所述的，此類改進(jìn)的螺旋狀插入件包括25.4mm(1英寸)長(zhǎng)的錐形催化劑保持彈簧(參見(jiàn)圖1d)，該催化劑保持彈簧被焊接到先前所述的這些2,032mm(80英寸)長(zhǎng)螺旋狀插入件之一的上游端。該錐形彈簧具有6.1mm(0.241英寸)的頂部外徑dts、以及19.1mm(0.75英寸)的底部外徑(dbs-等于該螺旋狀插入件的有效直徑)。這個(gè)錐形催化劑保持彈簧是由十一個(gè)均勻間隔的1.47mm(0.058英寸)直徑不銹鋼絲的線圈來(lái)形成錐形彈簧而制造的，該錐形彈簧具有25.4mm(1英寸)的總高度(hs)以及足夠窄的盤(pán)管間距來(lái)防止這些碳化硅環(huán)穿過(guò)。因此，通過(guò)將該錐形催化劑保持彈簧附接到該螺旋狀插入件的端部，將在高度上為在25.4mm與51mm之間的這些環(huán)的過(guò)渡層保持在剛好在該螺旋狀插入件的上游的位置上。這個(gè)過(guò)渡層進(jìn)而支撐該上游acf-7s催化劑，將其保持在該第一反應(yīng)區(qū)段內(nèi)并且防止它占據(jù)在該級(jí)間熱交換器內(nèi)的這些管(135a、b、c)的下端部。用先前所述的包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板將在該級(jí)間熱交換器內(nèi)的這些螺旋狀插入件自身保持在這些ishx管內(nèi)。

開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域150裝載有足夠的1.5英寸直徑的envirostone66陶瓷球體，以便填充該可用的級(jí)間體積的大致93％。這些球體通過(guò)傾倒到該反應(yīng)器中進(jìn)行裝載并且被允許自組裝成具有大約40％空隙率的床層。如先前所述的，這產(chǎn)生了用于去除污垢的大約4,400m²(47,500平方英尺)的表面面積。

用acs-7催化劑裝填第二反應(yīng)級(jí)160的每個(gè)管。從在該r2入口管板的管入口開(kāi)始，該第二反應(yīng)級(jí)(165a、b、c)的這些管如下進(jìn)行裝載：200mm的惰性球體、800mm的acs-7l催化劑、以及3,500mm的acs-7s催化劑。這導(dǎo)致第二級(jí)催化劑的2.122kg/管的總質(zhì)量(acs-7l+acs-7s)以及1.64的r2:r1催化劑質(zhì)量比。用先前所述的包括金屬絲網(wǎng)的催化劑支撐格板將該第二反應(yīng)級(jí)(r2)催化劑保持在這些反應(yīng)器管內(nèi)。

這個(gè)實(shí)例的ssoi反應(yīng)器然后運(yùn)行經(jīng)過(guò)一段長(zhǎng)時(shí)間，其中目標(biāo)丙烯進(jìn)料濃度為按體積計(jì)在6.5％與7.1％之間、氧氣平均進(jìn)料濃度為按體積計(jì)13.6％、平均水進(jìn)料濃度為按體積計(jì)27.7％、以及其余部分是包含氮?dú)獾亩栊詺怏w。

在經(jīng)過(guò)4,776小時(shí)運(yùn)行時(shí)間后，將該反應(yīng)器進(jìn)行脫機(jī)取下，以便進(jìn)行該“除焦”或“再生”處理方法的第一測(cè)試。該處理包括在13,170m³/hr(465mscfh)的流速以及224℃(435°f)的溫度下只將空氣供應(yīng)到該反應(yīng)器。將該r1鹽供應(yīng)溫度(tr1鹽)逐漸升高經(jīng)過(guò)大約9小時(shí)的時(shí)間至最大值347℃(657°f)并且在這個(gè)溫度下保持21小時(shí)。在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，將該r2鹽供應(yīng)溫度(tr2鹽)維持在285℃(545°f)以保護(hù)該r2催化劑免于過(guò)熱。在這個(gè)總共30小時(shí)的再生時(shí)間內(nèi)，對(duì)催化劑溫度和出口工藝氣體進(jìn)行監(jiān)控。出人意料地，未檢測(cè)到放熱，也未檢測(cè)到任何co或co2形成的指示(指示含碳固體的氧化)。事實(shí)上，在最大加熱為21小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，在該第一反應(yīng)級(jí)催化劑溫度(tr1催化劑)與該第一反應(yīng)級(jí)鹽供應(yīng)溫度(tr1鹽)之間的差別實(shí)質(zhì)上是零(tr1鹽-tr1催化劑≤0.33)。當(dāng)該處理完成時(shí)，將該反應(yīng)器返回到正常運(yùn)行狀態(tài)。在24小時(shí)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行后，沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)化率或選擇性改進(jìn)。而且，未檢測(cè)到跨過(guò)該反應(yīng)器的壓降的變化。結(jié)論是，從這個(gè)處理方法，沒(méi)有去除碳沉積、也沒(méi)有這些mmo催化劑的任何顯著的再生。

在經(jīng)過(guò)大約另一個(gè)3,400小時(shí)的運(yùn)行(經(jīng)過(guò)8,184小時(shí)的運(yùn)行)后，將該反應(yīng)器再次進(jìn)行脫機(jī)取下以進(jìn)行第二測(cè)試處理。該處理再次包括在13,170m³/hr(465mscfh)的流速以及224℃(435°f)下只將空氣供應(yīng)到該反應(yīng)器。將該r1鹽供應(yīng)溫度(tr1鹽)維持在350℃(662°f)與365℃(690°f)之間，并且將該r2鹽供應(yīng)溫度(tr2鹽)維持在300℃(572°f)以保護(hù)該r2催化劑免于過(guò)熱。在這個(gè)21小時(shí)處理時(shí)間內(nèi)，沒(méi)有co或co2再生的證據(jù)，也沒(méi)有放熱反應(yīng)的任何指示。將該反應(yīng)器返回到正常運(yùn)行狀態(tài)。在24小時(shí)后，沒(méi)有明顯的轉(zhuǎn)化率或選擇性改進(jìn)。而且，未檢測(cè)到跨過(guò)該反應(yīng)器的壓降的變化。結(jié)論是，從這個(gè)處理方法，沒(méi)有去除碳沉積、也沒(méi)有這些mmo催化劑的任何顯著的再生。

將這個(gè)只有空氣的處理再重復(fù)四次，以便確定是否在該催化劑經(jīng)歷顯著的有效反應(yīng)時(shí)間(timeon-stream)后，可以實(shí)現(xiàn)益處。所獲得的這些結(jié)果與前兩次試驗(yàn)的那些結(jié)果相同。在表1a中概述了所有處理測(cè)試。

在表1b中概述了該反應(yīng)器的另外的壓力測(cè)量數(shù)據(jù)。這個(gè)表比較了來(lái)自進(jìn)行任何再生處理之前的時(shí)間段該反應(yīng)器內(nèi)的壓力值與來(lái)自完成所有再生處理后的時(shí)間段該反應(yīng)器內(nèi)的壓力值。這個(gè)表包括在每個(gè)時(shí)間段過(guò)程中來(lái)自兩個(gè)實(shí)質(zhì)上相等流速條件下的數(shù)據(jù)。

從這些實(shí)驗(yàn)測(cè)試中明顯的是，對(duì)于本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器，“除焦”或“再生”處理沒(méi)有導(dǎo)致性能改進(jìn)。鑒于此類處理似乎為其他反應(yīng)器設(shè)計(jì)(如串聯(lián)和srs反應(yīng)器)提供了益處，這個(gè)結(jié)果是出人意料的。不被理論所束縛，假設(shè)沒(méi)有觀察到碳質(zhì)沉積的指示的原因是本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器設(shè)計(jì)有效地防止了這些碳質(zhì)沉積的形成。在大于28,000小時(shí)的經(jīng)過(guò)的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)基本上未改變的反應(yīng)器壓力特征曲線(profile)(表1b)進(jìn)一步支持了這個(gè)結(jié)論；如果顯著的沉積在累積，將預(yù)期跨過(guò)該ssoi反應(yīng)器的壓降在如此長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)已顯著地增加。最后，當(dāng)為了催化劑更換而將該反應(yīng)器從線上取下時(shí)，檢查該反應(yīng)器的內(nèi)部并且在該級(jí)間熱交換器以及該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域內(nèi)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著的碳質(zhì)沉積。因此，本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器設(shè)計(jì)比現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)器(如例如美國(guó)專利號(hào)7,897,813的反應(yīng)器)設(shè)計(jì)明顯地運(yùn)行更好。

實(shí)例2-停留時(shí)間ishx+ois

先前所述的圖1反應(yīng)器實(shí)施例具有22,000個(gè)管以及100千噸丙烯酸的額定生產(chǎn)力。所希望的是，確定該級(jí)間停留時(shí)間，以及在設(shè)計(jì)運(yùn)行速率下穿過(guò)這些級(jí)間熱交換器管的工藝氣體的停留時(shí)間(該ishx停留時(shí)間)。

將該反應(yīng)器設(shè)計(jì)為在19,400pph(8,799kg/hr)的丙烯進(jìn)料速率、1.8的o2:丙烯體積比、以及3.6的蒸汽:丙烯體積比下運(yùn)行。如在240℃和30psia(2atm)的基準(zhǔn)條件所測(cè)量的，穿過(guò)該級(jí)間區(qū)域的總氣體流量是大約2,284,360平方英尺/hr(64,694m³/hr)。

這個(gè)0.93秒的結(jié)果是在工藝氣體穿過(guò)該級(jí)間熱交換器的工藝氣體停留時(shí)間為不大于1.5秒的目標(biāo)ssoi反應(yīng)器設(shè)計(jì)要求之內(nèi)。

對(duì)穿過(guò)該ishx和該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域的停留時(shí)間進(jìn)行求和產(chǎn)生了2.17秒的組合時(shí)間，該合并的時(shí)間在此定義為級(jí)間停留時(shí)間。這個(gè)結(jié)果與級(jí)間停留時(shí)間為不大于3秒的目標(biāo)ssoi反應(yīng)器設(shè)計(jì)要求是一致的。

實(shí)例3-乙酸產(chǎn)量

使用中試工廠規(guī)模反應(yīng)系統(tǒng)來(lái)研究氧化反應(yīng)器對(duì)在工藝變量上的變化的響應(yīng)。該第一反應(yīng)級(jí)在常見(jiàn)的第一級(jí)循環(huán)鹽冷卻夾套內(nèi)包括兩個(gè)22.1mm(0.87英寸)內(nèi)徑的豎直管。對(duì)該第一反應(yīng)級(jí)內(nèi)的這些管使用圓柱形acfr1催化劑(從日本的日本催化劑株式會(huì)社(nipponshokubaikagakukogyoco.,ltd)可商購(gòu)的)裝填到4,191mm(13.75英尺)的長(zhǎng)度。該第二反應(yīng)級(jí)在常見(jiàn)的第二級(jí)循環(huán)鹽冷卻夾套內(nèi)包括三個(gè)22.1mm(0.87英寸)內(nèi)徑的豎直管。對(duì)該第二反應(yīng)級(jí)內(nèi)的這些管使用球形的acsr2催化劑(從日本的日本催化劑株式會(huì)社(nipponshokubaikagakukogyoco.,ltd)也可商購(gòu)的)裝填到2,743mm(9英尺)的長(zhǎng)度。通過(guò)良好絕緣的級(jí)間管道將這兩個(gè)反應(yīng)級(jí)進(jìn)行連接，該級(jí)間管道尺寸定為保持在這兩個(gè)反應(yīng)級(jí)之間的停留時(shí)間不大于3秒。將工藝氣體流動(dòng)配置為進(jìn)入該第一反應(yīng)級(jí)的頂部，向下流動(dòng)穿過(guò)這些豎直管，并且在該第一反應(yīng)級(jí)的底部離開(kāi)；該“s”形狀的級(jí)間管道然后將該工藝氣體流動(dòng)導(dǎo)向至該第二反應(yīng)級(jí)的頂部，在那里該工藝氣體流動(dòng)向下流動(dòng)穿過(guò)這些豎直管，并且在該第二反應(yīng)級(jí)的底部離開(kāi)。將該第一和第二反應(yīng)級(jí)兩者的鹽循環(huán)配置為逆流式流動(dòng)，其中鹽進(jìn)入該夾套的底部，向上流動(dòng)，并且在該夾套的頂部離開(kāi)?？梢元?dú)立地控制用于該r1和r2兩者鹽循環(huán)的供應(yīng)溫度。

在先前的實(shí)驗(yàn)中使用了中試工廠規(guī)模反應(yīng)系統(tǒng)，使得在這個(gè)研究的時(shí)候，該r1和r2催化劑先前已經(jīng)運(yùn)行了大約2,450小時(shí)。

在這些研究中，在每個(gè)管0.32kg/hr(每個(gè)管0.71磅/小時(shí))的速率下將丙烯供應(yīng)至該第一級(jí)。至該反應(yīng)系統(tǒng)的進(jìn)料氣體具有按體積計(jì)6％的標(biāo)稱丙烯濃度，并且在2.07+/-0.02的氧氣/丙烯體積比以及5.15+/-0.10的水/丙烯體積比的條件下運(yùn)行。針對(duì)丙烯和丙烯醛含量對(duì)離開(kāi)該第二反應(yīng)級(jí)的產(chǎn)物氣體流進(jìn)行分析以確定轉(zhuǎn)化率。在這個(gè)研究的過(guò)程中，調(diào)節(jié)該r1鹽供應(yīng)溫度(tr1鹽)以便將丙烯轉(zhuǎn)化率維持在95.5％或96.5％(取決于該實(shí)驗(yàn)計(jì)劃)；類似地調(diào)節(jié)該r2鹽供應(yīng)溫度(tr2鹽)以便將丙烯醛轉(zhuǎn)化率維持在99.5％。通過(guò)調(diào)節(jié)在該第二反應(yīng)級(jí)的出口上的閥來(lái)控制在該反應(yīng)器內(nèi)的操作壓力。

如從圖7可以看出，發(fā)現(xiàn)在這些實(shí)驗(yàn)中，副產(chǎn)物乙酸的產(chǎn)量高度取決于在該第二反應(yīng)級(jí)內(nèi)的操作壓力(0.9676的r²值，顯示了很強(qiáng)的相關(guān)性)。因?yàn)樵摫┭趸磻?yīng)系統(tǒng)的目標(biāo)是生產(chǎn)丙烯酸，所以優(yōu)選在低壓下最小化穿過(guò)第二反應(yīng)級(jí)的操作的副產(chǎn)物乙酸的產(chǎn)量。

實(shí)例4-管尺寸的選擇

(a)佩里的化學(xué)工程師手冊(cè)(perry’schemicalengineers’handbook，1984年，第6版)的第11節(jié)傳授了，標(biāo)準(zhǔn)熱交換器管的外徑范圍是從6.35mm(0.25英寸)至38mm(1.50英寸)并且在伯明罕線規(guī)(bwg)單元中測(cè)量了熱交換器管的壁厚。使用這個(gè)術(shù)語(yǔ)的描述在熱交換器設(shè)計(jì)領(lǐng)域中是熟知的，但對(duì)于本領(lǐng)域外的那些是可能不熟悉的。例如，描述“1英寸×16bwg熱交換器管”是指具有以下尺寸的管：25.4mm(1英寸)外徑、1.65mm(0.065英寸)壁厚、以及22.1mm(0.87英寸)內(nèi)徑。類似地，描述，“1.06英寸×18bwg熱交換器管”是指26.9mm(1.06英寸)外徑、1.24mm(0.049英寸)壁厚、以及24.4mm(0.962英寸)內(nèi)徑的管。此外，描述“1.5英寸×13bwg熱交換器管”是指3.81cm(1.5英寸)外徑、2.4mm(0.095英寸)壁厚、以及33.3mm(1.31英寸)內(nèi)徑的管。鑒于這些實(shí)例，將明顯的是某些現(xiàn)有技術(shù)文件中使用的不精確描述，如例如短語(yǔ)“一英寸管”能夠?qū)е虏槐匾幕煜?；為了避免此類?wèn)題，因此在此在這些實(shí)例中將指明這些管的實(shí)際內(nèi)徑。

(b)作為實(shí)際問(wèn)題，使用大于約51mm(2英寸)外徑的熱交換器管是非常不常見(jiàn)的，是鑒于這是由管制造廠商常規(guī)存儲(chǔ)的典型地最大的無(wú)縫管尺寸(大于大約51mm的尺寸典型地被視為具有保險(xiǎn)定價(jià)和更長(zhǎng)交付的定制訂單)的條件。

(c)此外，有待裝填到這些反應(yīng)器管內(nèi)的可商購(gòu)的催化劑球粒典型地在直徑上最小值為大約5mm至6mm。因此，將對(duì)于這些反應(yīng)器管可以指明的內(nèi)徑范圍有效地限制在從大約7mm至不大于大約50mm的范圍內(nèi)。

(d)在丙烯酸氧化的領(lǐng)域廣為人知的是，更高的操作溫度產(chǎn)生對(duì)丙烯酸更低的選擇性，以及同時(shí)地增加的副產(chǎn)物(如例如co/co2和乙酸)的產(chǎn)生。因此氧化反應(yīng)器設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)有效地對(duì)穿過(guò)該管壁的表面面積的排熱速率(qr)與來(lái)自在該管內(nèi)的mmo催化劑的體積的生熱速率(qg)進(jìn)行平衡來(lái)最小化操作溫度。

在熱傳遞領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到qr通過(guò)以下關(guān)系取決于管的表面面積a：

qr＝ua(δt)

并且管的表面面積可以從以下幾何關(guān)系進(jìn)行計(jì)算：

a＝2π(r)l

其中r是管半徑并且l是管的長(zhǎng)度。

類似地，qg取決于在管內(nèi)的mmo催化劑的體積v，這可以從以下幾何關(guān)系進(jìn)行計(jì)算：

v＝π(r)²l

其中r再次是管半徑并且l是管的長(zhǎng)度。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，隨著管半徑r增加，在管內(nèi)的mmo催化劑的體積(以及因此生熱速率qg)比管的表面面積(以及因此排熱速率qr)增加快得多。這個(gè)關(guān)系[(r)²>(r)]清楚地導(dǎo)致以下結(jié)論：小直徑的反應(yīng)管在最小化操作溫度上將會(huì)比大直徑的反應(yīng)管更有效，其中小直徑管壁的熱傳遞表面面積(a)相對(duì)于在管內(nèi)的催化劑體積(v)是大的。

(e)此外，皮特斯和蒂默豪斯的對(duì)于化學(xué)工程師的化工廠的設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)學(xué)(plantdesignandeconomicsforchemicalengineers，1980年，第三版)傳授了，“具有小直徑管的熱交換器比具有大直徑的那些在每平方英尺的熱傳遞表面上是更廉價(jià)的，因?yàn)榻o定的表面面積可以被裝配成更小的殼體直徑……(exchangerswithsmall-diametertubesarelessexpensivepersquarefootofheat-transfersurfacethanthosewithlarge-diametertubes,becauseagivensurfaceareacanbefittedintoasmallershelldiameter…)”

因此，在丙烯酸氧化器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的普遍共識(shí)是優(yōu)選使用小直徑管。

本發(fā)明的諸位發(fā)明人已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)對(duì)本領(lǐng)域的常見(jiàn)的傳授內(nèi)容的堅(jiān)持實(shí)際上是達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)的。在高達(dá)大約50mm的管尺寸的范圍內(nèi)，本發(fā)明的諸位發(fā)明人已經(jīng)出人意料地發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明的ssoi反應(yīng)器的第二反應(yīng)級(jí)內(nèi)相反優(yōu)選使用具有更大，而不是更小內(nèi)徑的管。不希望受限于理論，據(jù)信在該第二反應(yīng)級(jí)中使用更大直徑的管使得有可能降低穿過(guò)該含有催化劑的管的總壓降，導(dǎo)致副產(chǎn)物乙酸形成的實(shí)質(zhì)性的減少(參見(jiàn)圖7)，而不改變穿過(guò)該mmo催化劑的總空間速率。

為了展示這個(gè)效果，用以下方法學(xué)測(cè)量穿過(guò)不同直徑的管的壓降。當(dāng)然有可能通過(guò)直接測(cè)量來(lái)收集這些數(shù)據(jù)，但此種方法是費(fèi)時(shí)并且昂貴的，并且鑒于在此已披露的計(jì)算方法是沒(méi)有必要的。

使用實(shí)例1的反應(yīng)器(包括具有22.3mm內(nèi)徑以及4500mm長(zhǎng)度的第二反應(yīng)級(jí)(r2)管)為這個(gè)實(shí)例收集初始工藝數(shù)據(jù)。該反應(yīng)器在4,745nm³/hr(177.1mscfh，在60°f/1atm下)的總丙烯進(jìn)料速率下運(yùn)行，其中平均進(jìn)料組成為：按體積計(jì)6.5％的丙烯、按體積計(jì)13％的氧氣、按體積計(jì)31％的水、以及其余部分是包含氮?dú)獾亩栊詺怏w。通過(guò)直接測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在該反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)器壓力是：

基于m.leva等人的研究(公報(bào)504，礦務(wù)局(bulletin504,bureauofmines)1951年)，通過(guò)另外的實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)展并且精修了用于穿過(guò)在反應(yīng)器管內(nèi)的球形催化劑顆粒的壓降的關(guān)系。對(duì)于具有不同幾何形狀的管，填充有球形mmo催化劑顆粒，并且在同樣的工藝條件(流動(dòng)、溫度、入口壓力、以及組成)下運(yùn)行，這種簡(jiǎn)化的壓降關(guān)系被確定為：

dp＝(k)(l/e³)(1-e)^1.1

其中

dp是穿過(guò)單一管的壓降，

k是與工藝條件相關(guān)聯(lián)的常數(shù)，

l是管的長(zhǎng)度，并且

e是在管內(nèi)的催化劑顆粒之間的實(shí)際空隙率

因?yàn)榭障堵?e)取決于顆粒直徑與管直徑的比率，它必須通過(guò)測(cè)量顆粒直徑與管尺寸的每個(gè)組合而進(jìn)行確定；這些數(shù)據(jù)的重要收集在a.dixon的correlationsforwallandparticleshapeeffectsonfixedbedbulkvoidage(加拿大化學(xué)工程學(xué)報(bào)(canadianjournalofchemicalengineering)，卷66，1988年十月，第705至第708頁(yè))中可獲得的并且用于這個(gè)實(shí)例。

具有22.3mm內(nèi)徑以及4500mm長(zhǎng)度的尺寸的22,000個(gè)反應(yīng)器管的總體積是38.65m³。對(duì)于在這個(gè)實(shí)例中考慮的每個(gè)替代管直徑，將這個(gè)總體積保持恒定并且計(jì)算所生產(chǎn)的管長(zhǎng)度(l)，如在表4中所示的。然后確定對(duì)于每個(gè)管尺寸的空隙率和壓降。最后，將這些值與實(shí)例3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合以獲得在以下表4中概述的結(jié)果：

從這個(gè)實(shí)例中清楚的是，大于基準(zhǔn)22.3mm內(nèi)徑的管提供了更低量值的副產(chǎn)物乙酸，而小于基準(zhǔn)22.3mm內(nèi)徑的那些管提供了更高量值的副產(chǎn)物乙酸。而且，從這個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)明顯的是，在管內(nèi)徑上相對(duì)地小改變甚至可以實(shí)現(xiàn)在副產(chǎn)物乙酸生產(chǎn)上的有益的減少。此外，因?yàn)楸景l(fā)明的ssoi反應(yīng)器設(shè)計(jì)抗含碳污垢的累積，跨過(guò)該反應(yīng)器的壓降，以及因此該第二反應(yīng)級(jí)的操作壓力不隨時(shí)間而顯著地改變；其結(jié)果是，增加的第二反應(yīng)級(jí)管直徑的壓力減少的益處在該催化劑裝料的整個(gè)壽命中實(shí)現(xiàn)-并且不僅僅是在運(yùn)行的前幾個(gè)月中。

實(shí)例5-管計(jì)數(shù)

最小化在該第二反應(yīng)級(jí)內(nèi)的壓力的另一種途徑是減少管的總長(zhǎng)度，而同時(shí)增加在該反應(yīng)器內(nèi)的管的總數(shù)量(也被稱為“管計(jì)數(shù)”)。這個(gè)設(shè)計(jì)優(yōu)化可以被利用，而不改變管內(nèi)徑或每個(gè)反應(yīng)級(jí)的總體積。盡管反應(yīng)器殼體直徑，以及因此制造成本，隨著增加管計(jì)數(shù)而增加，但有時(shí)可能有利的是招致這種額外的資本成本來(lái)獲得減小的壓降以及相關(guān)聯(lián)乙酸產(chǎn)量的減少。鑒于本披露的益處，此類經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)是在工藝設(shè)計(jì)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的能力內(nèi)。

表5a展示了每個(gè)管被催化劑占據(jù)了多長(zhǎng)并且該管計(jì)數(shù)可以在ssoi反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中變化，同時(shí)維持在該反應(yīng)器內(nèi)的22.3mm的固定管內(nèi)徑以及固定反應(yīng)級(jí)體積。

表5b展示了每個(gè)管被催化劑占據(jù)了多長(zhǎng)并且該管計(jì)數(shù)可以在ssoi反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中變化，同時(shí)維持在該反應(yīng)器內(nèi)的25.4mm的固定管內(nèi)徑以及固定反應(yīng)級(jí)體積。

表5c展示了每個(gè)管被催化劑占據(jù)了多長(zhǎng)并且該管計(jì)數(shù)可以在具有固定反應(yīng)級(jí)體積的ssoi反應(yīng)器的設(shè)計(jì)中變化；這個(gè)表還展示了在催化劑長(zhǎng)度上的相等變化產(chǎn)生在管計(jì)數(shù)上同樣百分比的增加，不管該管的內(nèi)徑。

實(shí)例6-催化劑質(zhì)量比

由于這些單獨(dú)實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間以及所進(jìn)行的大量的商業(yè)規(guī)模試驗(yàn)，以下實(shí)例在本領(lǐng)域是例外的。在這個(gè)實(shí)例中，使用多個(gè)商業(yè)規(guī)模的ssoi類型丙烯氧化反應(yīng)器(各自包括在15,000個(gè)與25,000個(gè)之間的管)進(jìn)行了一系列的催化劑評(píng)價(jià)。在每個(gè)反應(yīng)器中，在該第一(r1)反應(yīng)級(jí)和該第二(r2)反應(yīng)級(jí)中存在相等數(shù)量的管，并且所有這些管是22.3mm(0.878英寸)內(nèi)徑。

對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)性試驗(yàn)，在給定的反應(yīng)器內(nèi)的所有反應(yīng)管填充有相等質(zhì)量的催化劑并且在該管端部的任何空隙空間填充有足夠的6.4mm(0.25英寸)envirostone66陶瓷球體以實(shí)現(xiàn)穿過(guò)每個(gè)管的均勻壓降。

與本披露的至少一個(gè)實(shí)施例一致，每個(gè)反應(yīng)器的級(jí)間冷卻區(qū)域填充有高空隙率(至少90％空隙率)的增強(qiáng)湍流的插入件，該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域填充有1.5英寸的高表面面積envirostone66陶瓷球體，并且在該級(jí)間冷卻器內(nèi)以及該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域(在此被稱為該“級(jí)間停留時(shí)間”)的合并的工藝氣體停留時(shí)間被限制為不大于3.0秒。

在這些試驗(yàn)過(guò)程中，在每個(gè)管0.16nm³/小時(shí)與0.21nm³/小時(shí)之間(6和8scfh，在60°f/1atm下)的平均速率下將丙烯供應(yīng)到測(cè)試反應(yīng)器內(nèi)的每個(gè)管。將到每個(gè)反應(yīng)器的進(jìn)料氣體組成控制在平均為7％+/-0.5％的丙烯、大約3.6+/-2的蒸汽丙烯:體積比、以及大約1.8+/-1的氧氣:丙烯體積比。

用hitec鹽的循環(huán)流對(duì)所有反應(yīng)器進(jìn)行冷卻。在運(yùn)行的開(kāi)始，在大約315℃(600°f)的溫度tr1鹽下最初供應(yīng)用于第一反應(yīng)級(jí)的冷卻鹽，并且在大約265℃(510°f)的溫度tr2鹽最初供應(yīng)用于第二反應(yīng)級(jí)的冷卻鹽。

用在線氣體色譜分析儀監(jiān)控離開(kāi)每個(gè)反應(yīng)器的第二反應(yīng)級(jí)的氣體流的組成，在此被稱為“反應(yīng)器產(chǎn)物氣體”流。具體的測(cè)量包括產(chǎn)物氣體中剩余的未反應(yīng)的丙烯的濃度以及未反應(yīng)的丙烯醛的濃度。

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的時(shí)間內(nèi)，對(duì)tr1鹽(第一級(jí)鹽供應(yīng)溫度)進(jìn)行調(diào)節(jié)以將在該產(chǎn)物氣體中的未反應(yīng)的丙烯濃度維持在0.13mol％與0.26mol％之間，并且將對(duì)tr2鹽(第二級(jí)鹽供應(yīng)溫度)進(jìn)行調(diào)節(jié)以將在該產(chǎn)物氣體中的未反應(yīng)的丙烯醛濃度維持在大約300ppm。此外，對(duì)供應(yīng)到該級(jí)間熱交換器(tishx鹽)的冷卻鹽的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)以將進(jìn)入該開(kāi)放式級(jí)間區(qū)域的工藝氣體的溫度維持在大約240℃與280℃之間的值。

在長(zhǎng)時(shí)間的操作過(guò)程中，催化劑老化使得必需逐漸地增加tr1鹽和tr2鹽，以便維持來(lái)自該反應(yīng)器的丙烯酸的產(chǎn)量。最終，然而，催化劑操作溫度達(dá)到最大值并且tr1鹽亦或tr2鹽的進(jìn)一步增加變得對(duì)于改進(jìn)丙烯酸產(chǎn)量是無(wú)效的。在此時(shí)，該催化劑已經(jīng)達(dá)到了它的使用壽命的終點(diǎn)并且需要更換。通常，這些tr1鹽和tr2鹽的最終值分別是大約355℃(670°f)以及大約295℃(560°f)。

如在表6中顯示的，試驗(yàn)1、2、4、以及6都要求部分的r2催化劑重裝；即，該r2催化劑進(jìn)料的使用壽命大致是該r1催化劑進(jìn)料的一半，使得必須在該r1催化劑要求更換很早之前更換該r2催化劑。在試驗(yàn)8中，該r2催化劑裝料的使用壽命超過(guò)了該r1裝料的壽命。然而，在試驗(yàn)3、5、以及7中，該r1和該r2催化劑的使用壽命是有效地匹配的，從而消除了對(duì)部分重裝的需要。這些實(shí)驗(yàn)顯示了，對(duì)于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的ssoi反應(yīng)器設(shè)計(jì)，當(dāng)該催化劑質(zhì)量比(第一級(jí)催化劑的kg/第二級(jí)催化劑的kg)是在大約1.25與大約1.60之間時(shí)，有可能用匹配的第一級(jí)和第二級(jí)催化劑壽命進(jìn)行操作。在小于約0.95的催化劑質(zhì)量比下，該r2催化劑的使用壽命實(shí)質(zhì)上是短于該r1催化劑的使用壽命。在小于約1.60的催化劑質(zhì)量比下，如在試驗(yàn)8的情況下，該r2催化劑的使用壽命是長(zhǎng)于該r1催化劑的使用壽命。此外，這些數(shù)據(jù)表明了在實(shí)質(zhì)上高于約1.65的催化劑質(zhì)量比下，例如在1.80，或甚至2.0的比率下，可以預(yù)期該r2催化劑的使用壽命是顯著地長(zhǎng)于該r1催化劑的使用壽命，由此要求該r1催化劑的早期更換。尤其出人意料的是發(fā)現(xiàn)了這個(gè)發(fā)現(xiàn)適用于許多不同的商業(yè)催化劑類型，包括來(lái)自多于一個(gè)供應(yīng)商的催化劑。具有匹配的催化劑壽命的反應(yīng)器操作通過(guò)消除部分重裝而不招致用于安裝過(guò)多量值催化劑的額外成本而提供了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)論是，可以控制裝載到某些實(shí)施例的ssoi反應(yīng)器的管內(nèi)的催化劑量值，以便實(shí)現(xiàn)不小于約0.95并且不大于約1.65，如例如在約1.25與約1.60之間的催化劑質(zhì)量比(第一級(jí)的kg/第二級(jí)的kg)。

實(shí)例7-補(bǔ)充性氧化劑添加/停留時(shí)間

先前所述的圖4的反應(yīng)器實(shí)施例具有22,000個(gè)管并且用補(bǔ)充性氧化劑添加運(yùn)行，以便實(shí)現(xiàn)110千噸/年的丙烯酸額定生產(chǎn)力。所希望的是，確定該級(jí)間停留時(shí)間，以及在設(shè)計(jì)操作速率下穿過(guò)這些級(jí)間熱交換器管的工藝氣體的停留時(shí)間(ishx停留時(shí)間)。

如先前在表7a(例2)中所述的，將圖4的反應(yīng)器實(shí)施例設(shè)計(jì)為在21,344pph(9,702kg/hr)的丙烯進(jìn)料速率、0.122的丙烯:空氣體積比、以及0.367的蒸汽:空氣體積比下運(yùn)行。如在240℃和30psia(2atm)的基準(zhǔn)條件所測(cè)量的，進(jìn)入該級(jí)間區(qū)域的總氣體流量是大約2,187,662平方英尺/hr(61,956m³/hr)。

這個(gè)0.969秒的結(jié)果與具有不大于1.5秒的工藝氣體穿過(guò)該級(jí)間熱交換器的停留時(shí)間的目標(biāo)實(shí)施例是完全一致的。

在該混合器的中間喉管段，由于添加該補(bǔ)充性氧化劑進(jìn)料，該總體積流量增加。如在240℃和30psia(2atm)的基準(zhǔn)條件所測(cè)量的，穿過(guò)該中間喉管段和該出口擴(kuò)張段的總氣體流量增加到大約2,408,820平方英尺/hr(68,220m³/hr)。

根據(jù)先前實(shí)例的定義，用于這個(gè)實(shí)施例的級(jí)間停留時(shí)間是穿過(guò)該級(jí)間熱交換器、陶瓷泡沫、以及該文丘里混合器的每個(gè)區(qū)段的停留時(shí)間的總和。因此，結(jié)合來(lái)自表7b至7e的這些結(jié)果，確定該級(jí)間停留時(shí)間是2.56秒。這個(gè)結(jié)果與不大于3秒的目標(biāo)級(jí)間停留時(shí)間是一致的。