本申請是于2014年6月27日提交的專利申請(中國國家申請?zhí)枮?01410295420.7，發(fā)明名稱為“用于氨氧化反應器的氨進料的控制”)的分案申請。

提供了一種用于控制提供至氨氧化反應器的氨和/空氣的量的過程。更具體而言，該過程包括保持急冷水底部的ph并且調整反應器進料中的氨量來在反應器進料中提供大約1至大約2的氨與烴之比。此外，該過程可包括調整反應器進料中的空氣量，以在反應器進料中提供大約9至大約10的空氣與烴之比。

背景技術：

在丙烯腈的商業(yè)制造中，丙烯、氨和氧根據(jù)以下反應流程一起反應：

ch2=ch-ch3+nh3+3/2o2→ch2=ch-cn+3h2o

通常稱為氨氧化的該過程在存在適合的流化床氨氧化催化劑的情況下在升高的溫度(例如，350℃至480℃)下以氣相執(zhí)行。

圖1示出了用于執(zhí)行該過程的典型的丙烯腈反應器。如這里所示，反應器10包括反應器外殼12、空氣格柵14、進料噴灑器16、冷卻盤管18和旋風分離器(cyclone)20。在正常操作期間，過程空氣穿過空氣入口22充入反應器10中，同時，來自丙烯入口34和氨入口36的丙烯和氨的混合物通過給送噴灑器16充入反應器10中。這些進氣的流速高到足以使反應器內部中的氨氧化催化劑床24流化，在該處發(fā)生丙烯和氨的成為丙烯腈的催化氨氧化反應。

反應氣體穿過反應器流出物出口26離開反應器10。在這樣做之前，它們行進穿過旋風分離器20，旋風分離器20移除這些氣體可夾帶的任何氨氧化催化劑，以用于穿過浸入管25送回到催化劑床24。氨氧化是極為發(fā)熱的，且冷卻盤管18用于回收余熱，且因此將反應溫度保持在適當?shù)乃健?/p>

如圖1進一步所示，從離開典型丙烯腈反應器10的熱反應氣體回收丙烯腈和其它副產物的第一步驟是通過在急冷塔30中用急冷水噴灑它們來冷卻它們。這些反應氣體含有未反應的氨，其在這些氣體被進一步處理之前被移除。出于此目的，硫酸加至急冷水，其根據(jù)以下反應與該未反應的氨反應來產生硫酸銨：

h2so4+2nh3→(nh4)2so4

該硫酸銨溶解在急冷水塔底部中，其通過急冷底部出口管線31排出以廢棄。此時大致較冷且基本上沒有未反應的氨的熱反應氣體從急冷塔的上部穿過急冷氣體出口管線33離開，以用于進一步處理。由于反應器流出物出口26中的這些總體反應氣體中的未反應氨的量可隨時間變化，故由ph監(jiān)測器37監(jiān)測急冷塔底部水的ph，且借助于硫酸控制閥40和控制器42調整加至急冷塔的硫酸的量，以將該ph保持在期望水平。補充水可根據(jù)需要穿過管線45加至急冷。

為了丙烯腈反應器10以最大效率操作，在任何特定時間給送至反應器的氨量應當在摩爾量上略微超過在將在相同時間給送至反應器的丙烯中的全部轉換成丙烯腈所需的量。由于進入的丙烯的流速可出于許多原因而隨時間變化，故慣例是連續(xù)地監(jiān)測該流速f1，且借助于氨控制閥32和控制器38響應于該測得的丙烯流速來連續(xù)地調整進入的氨的流速。

為了進一步確保摩爾量略微過量的氨給送至丙烯腈反應器，還期望小但適合量的未反應氨存在于反應器流出物出口26中的總體反應產物氣體中。出于此目的，定期測量這些氣體中的氨濃度，且響應于該測得的未反應的氨濃度來調整控制器38中的目標或設定點氨/丙烯比(即，nh3/c3⁼比)。所以，例如，如果未反應氨的測得濃度過低，則編程到控制器38中的nh3/c3⁼比設定點略微增大，以便相對于連續(xù)地給送的丙烯略微多量的氨給送到反應器。

反應器流出物出口26中的未反應氨濃度的定期確定一般有規(guī)律地完成，例如，每周幾次。因此，控制器38中目標nh3/c3⁼比的響應于反應器流出物出口26中的未反應氨濃度的精密調整固有地受限，這是因為不能更頻繁地獲得關于此濃度的數(shù)據(jù)。

缺少該信息在使用平衡催化劑時(即，已經使用多次且因此已經實現(xiàn)了氧和鉬兩者的平衡濃度的氨氧化催化劑)不是太麻煩。盡管如此，當作出反應器操作條件的變化(諸如c3⁼流速的變化)時，關于反應器流出物中的未反應氨的信息是未知的，直到分析反應器流出物分析。此外，當使用新鮮催化劑時，該精確度的缺少可導致顯著問題，因為已知新鮮催化劑呈現(xiàn)出顯著的氨燃燒(ammoniaburning)，即，氨直接地氧化成氮氧化物和水，這兩者都是多余的，且能夠隨時間快速變化。

技術實現(xiàn)要素：

一種用于控制提供至氨氧化反應的氨量的過程包括將反應器進料提供至反應器，反應器進料包括氨、氧和從由丙烷、丙烯、異丁烷和異丁烯構成的集合選擇的烴，和它們的組合；在存在催化劑的情況下使反應器進料反應，以提供反應器流出物流；將反應器流出物流提供至急冷容器；將急冷液體提供至急冷容器；使氣態(tài)流與急冷液體接觸；監(jiān)測急冷水底部的ph；并且調整反應器進料中的氨量，以在反應器進料中提供大約1至大約2的氨與烴之比。

一種用于控制提供至氨氧化反應的空氣量的過程包括將反應器進料提供至反應器，反應器進料包括氨、氧和從由丙烷、丙烯、異丁烷和異丁烯構成的集合選擇的烴，和它們的組合；在存在催化劑的情況下使反應器進料反應，以提供反應器流出物流；監(jiān)測反應器流出物中的氧量；并且調整反應器進料中的空氣量，以在反應器進料中提供大約9至大約10的空氣與烴之比。

一種氨氧化過程包括將反應器進料提供至反應器，反應器進料包括氨、氧和從由丙烷、丙烯、異丁烷和異丁烯構成的集合選擇的烴，和它們的組合；在存在催化劑的情況下使反應器進料反應，以提供反應器流出物流；將急冷液體提供至急冷容器；使氣態(tài)流與急冷液體接觸；監(jiān)測急冷水底部的ph，監(jiān)測反應器流出物流中的氧量；調整反應器進料中的氨量，以在反應器進料中提供大約1至大約2的氨與烴之比；并且調整反應器進料中的空氣量，以在反應器進料中提供大約9至大約10的空氣與烴之比。

一種用于氨氧化反應器中的氨控制的系統(tǒng)包括：氨氧化反應器，其構造成將反應器流出物供應至急冷塔；ph傳感器，其用于從急冷塔監(jiān)測急冷水底部的ph；和控制器，其電子地連接于ph傳感器和氨控制閥。構造成控制去往氨氧化反應器和控制器的氨流的氨控制閥構造成增大或減小穿過該氨控制閥的氨流。

附圖說明

該過程的若干方面的以上和其它方面、特征和優(yōu)點將從以下附圖中變得清楚。

圖1為示出給送至商業(yè)丙烯腈反應器的氨量的精密控制的示意圖；且

圖2為示出給送至商業(yè)丙烯腈反應器的氨量的精密控制的另一個方面的示意圖。

對應的參考標號指出了遍及附圖的若干視圖的對應構件。技術人員將認識到，圖中的元件是為了簡單和清楚而示出的，且不一定按比例繪制。例如，圖中的一些元件的大小可相對于其它元件放大，以有助于改善各種方面的理解。另外，通常不畫出商業(yè)上可行的方面中可用或所需的普通但公知的元件，以便有助于更少地妨礙這些各種方面的觀察。

具體實施方式

以下描述不是以限制意義進行的，而是僅為了描述示范實施例的總體原理的目的進行的。本發(fā)明的方面應當參考權利要求來確定。

氨控制

給送至商業(yè)丙烯腈反應器的氨量的精密控制根據(jù)本發(fā)明通過調整控制器38中的nh3/c3⁼比設定點來實現(xiàn)，以用于響應于急冷塔30中的急冷水底部的測得ph來控制氨控制閥32的操作。如圖2所示，ph傳感器37連續(xù)地監(jiān)測急冷塔30中的急冷水塔底部的ph。傳感器37電子地連接于控制器38。此外，控制器38編程成以便修改其預定nh3/c3⁼比設定點(其用于響應于進入的丙烯的測得流速f1控制氨控制閥32)，以便響應于急冷塔30中的急冷水底部的測得ph來調整該預定設定點。

如上文所指出的，這些急冷水塔底部的測得ph提供了反應器流出物管線26中的熱反應氣體中的未反應氨濃度的準確指示。因此，本發(fā)明通過響應于該測得ph改變控制器38的nh3/c3⁼比設定點來利用該現(xiàn)象。所以，例如，如果該測得ph變得過低，這指出比所需的更多的硫酸給送至急冷塔30，則這又指出反應器流出物管線26中的未反應氨量已減小，控制器38的nh3/c3⁼比設定點自動地增大對應的量。該設定點減小引起給送至反應器的丙烯的相對量的減小，且因此引起給送至反應器的氨的相對量的對應增大，這又導致反應器流出物管線26中的熱反應氣體中的未反應氨量增大回其期望值。

在一個實施例中，急冷液體穿過管線45提供至急冷容器。急冷液體可包括酸，以保持大約3至大約6的急冷液體的ph，且在另一方面中，大約4.5至大約6。使用的酸可為硫酸。

因此，可以看到的是，通過以此方式調整控制器38的nh3/c3⁼比設定點，以連續(xù)方式自動地控制反應器流出物管線26中的未反應氨的量，以確保反應器中總是存在略微過量的氨，即使消耗的丙烯和氨的相對比隨時間相對于彼此變化。在該方面中，該過程包括調整反應器進料中的氨量，以提供大約1至大約2的氨與烴的摩爾比，在另一方面中，大約1.25至大約1.75，在另一方面中，大約1.4至大約1.6，且在另一方面中，大約1.25至大約1.3。因此，顯著的優(yōu)點在于依賴控制器38的nh3/c3⁼比設定點以確保丙烯腈反應器中總是保持適合的氨量是自動且連續(xù)地發(fā)生的，且因此不再取決于間斷地發(fā)生的手動分析測試。在一方面中，系統(tǒng)構造成使得通過ph傳感器在一小時或更短的延遲時間內檢測到由增大或減小穿過氨控制閥的氨流引起的ph變化。在另一方面中，延遲時間可為大約10秒至大約60分鐘，在另一方面中，大約30秒至大約45分鐘，在另一方面中，大約1分鐘至大約30分鐘，在另一方面中，大約1分鐘至大約10分鐘，在另一方面中，大約1分鐘至大約5分鐘，且在另一方面中，大約2分鐘至大約4分鐘。

空氣控制

在另一方面中，一種用于控制提供至氨氧化反應的空氣量的過程包括監(jiān)測反應器流出物中的氧量，并且調整反應器進料中的空氣量，以在反應器進料中提供大約9至大約12的空氣與烴之比，在另一方面中，大約9至大約11的比，在另一方面中，大約9至大約10的比，在另一方面中，大約10.5至大約11的比，在另一方面中，大約9.25至大約9.75的比，且在另一方面中，大約9.4至大約9.6的比。在相關方面中，反應器流出物流包括大約0.5至大約1重量%的氧。該過程還可包括連續(xù)地測量反應器流出物中的氧量且作為響應連續(xù)地調整空氣與烴的摩爾比。氧可在反應器下游的任何位置處測量，諸如例如，反應器與急冷塔之間或急冷塔下游。在一方面中，氧監(jiān)測器電子地連接于控制器38?？刂破?8可構造成增大或減小去往反應器的空氣流。該系統(tǒng)構造成使得在一小時或更短的延遲時間內由氧監(jiān)測器檢測到由增加或減少的氧流引起的氧變化。在另一方面中，延遲時間可為大約10秒至大約60分鐘，在另一方面中，大約30秒至大約45分鐘，在另一方面中，大約1分鐘至大約30分鐘，在另一方面中，大約1分鐘至大約10分鐘，在另一方面中，大約1分鐘至大約5分鐘，且在另一方面中，大約2分鐘至大約4分鐘。

氨控制和空氣控制可獨立地使用，或兩者可包括在氨氧化過程中。此外，還將認識到的是，本發(fā)明的技術不需要新的設備或結構加至現(xiàn)有的丙烯腈工廠，因為其可僅使用已經在工廠中的設備，特別是控制器38、氨控制閥32和用于感測急冷塔水底部的ph的ph傳感器37來實施。實施本發(fā)明僅需使ph傳感器37與控制器38電子地連接，且對該控制器重新編程以響應于由該傳感器生成的信號根據(jù)本發(fā)明的教導內容來調整其nh3/c3⁼比，這樣做起來容易且廉價。

在另一方面中，本文所述的過程和系統(tǒng)可與多個尺寸的反應器和急冷塔一起使用，包括具有較大直徑的反應器，諸如例如，大約9到大約12米，在另一方面中，大約10到大約12米，在另一方面中，大約10到大約11米，在另一方面中，大約9.4米和更大，在另一方面中，大約9.5米，且在另一方面中，大約10.7米。在該方面中，氨氧化反應反應器的截面面積與急冷塔的截面面積之比為大約1到大約3，在另一方面中，大約1.5到大約2.5，且在另一方面中，大約1.6到大約1.9。

盡管上文已經描述了本發(fā)明的僅一些實施例，但應當清楚的是，可在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下作出許多改型。所有此類改型都旨在包括在僅由以下權利要求限制的本發(fā)明的范圍內。