[发明专利]将氧气与反应物流一起注入流化床反应器的方法和装置

说明书

本发明涉及在送入流化床反应器的反应物流中夹带含氧气体，尤其是将氧气注入丙烯腈合成方法中所用流化床反应器的反应原料物流的方法和装置。

丙烯腈的生产涉及到在适当催化剂存在下将适当烯烃氨氧化。丙烯腈生产过程要将丙烯和氨原料送入氨氧化反应器，在该反应器中与空气/氧气和适当催化剂存在下用更少量的其他含氮的化合物和碳氧化物制成丙烯腈。该反应器通常是流化床反应器，其中包括独立的空气注入管，可用该管向流化床中引入空气或富氧(加氧)的空气。氨氧化反应流出物用水急冷或骤冷，同时以液相回收要求的产品。

为了提供将丙烯和氨的混合物氧化成丙烯腈所需的氧气，现有技术已提出直接将氧气或含氧气体加入进料物流或作为单独的进料加入反应器。这方面的公开内容可参见US 4609502(Khoobiar et al.)和4868330(Ramachandran et al.)。但上述专利中均没有提及在流化床反应器中的反应物进料引入点可能出现氧不足或贫氧。Ramachandran et al.提出在氨氧化反应器中存在纯氧进料时，可用气态火焰抑制剂混合物如二氧化碳，其量为约25-70vol％(体积百分比，下同)。结果是Ramachandran et al.提出在氨氧化反应器下游设置另外的装置以回收和循环二氧化碳。

公开丙烯腈生产工艺进一步细节的其他文献包括US4754049(Khoobiar et al.)以及US 4849537，4849538，4870201和5015756，后几份文献均为Ramachandran et al.的专利。尽管如上述现有技术已提出向氨氧化反应器进料物流中加氧气或含氧气体，但没有一份专利提供了有关这类气态加料/混合装置的细节。

US 3661165(Rainbird et al.)在工艺物流中将氧气和气态烃混合的多孔分布或喷射阀。Rainbird et al.提出的多孔分布或喷射阀包括面向烃气流下游的多个喷嘴。这些喷嘴以大大高于烃气体速度的喷射速度送入氧气。改变喷孔的面积即可达到氧气流变化，而同时又保持预定经过喷嘴的压降。

US 5356213(Arpentinier)提出与含有进料物流的通道轴同轴设置的另一多孔分布或喷射器设计。该多孔分布或喷射器中应用径向叶片以在基本上径向向进料物流外部注入气体，从而使注入的气体与进料气流混合。

上述现有技术根本没有提到在进料物流引入点缺氧而带来的流化床反应器操作缺陷。而且，尽管现有技术中包括了在工艺中的不同点引入含氧气体的公开内容，但均没有有关如何以保证工艺安全性的方式实现这种送料操作的公开内容。

因此，本发明的目的是提出可将含氧气体与气态反应物流一起送入流化床反应器的改进系统。

本发明另一目的是提出以避免在工艺中发生爆炸，爆燃或其他异常结果的方式将含氧气体与气态反应物组合起来的改进系统和方法。

本发明再一目的是提出将氧气加入流化床反应器中的氨和丙烯气态反应物中的改进方法和系统，其中可避免在进料物流引入点缺氧的情况。

本发明提出的系统可将含氧气体和气态反应物流提供给流化床反应器。喷射器(sparger)可使含氧气体被夹带进入反应气流。进料管线将喷射器与反应器的流化床相连并且将反应气流和被夹带的含氧气体直接送去与流化床接触。控制器既控制含氧气体流量，也控制气态反应物流量，从而在进料注入点使流化床催化剂不会经历缺氧的过程。为了保证安全，组合的进料和氧气流中的反应物含量保持在可燃的上限以上，优选留有至少25％的安全余量或者安全系数。在一种实施方案中，该系统可用包括氨，丙烯和氧气的进料物流生产丙烯腈。

图1是实施本发明的系统框图。

图2是包括向气态进料物流中引入氧气的喷射器的进料管线截面图。

图3是图2所示的喷射器中一对相邻喷嘴或喷孔示意图。

尽管以下参照丙烯腈氨氧化工艺说明本发明，但本技术领域里的普通技术人员完全可以看到本发明同样适用于使含氧气体与反应物流一起被夹带进入流化床反应器的其他方法。在图1中示出了用流化床氨氧化工艺生产丙烯腈的系统。管道10通过控制阀12，止回阀14向T-接头16提供氨物流。以类似的方式，丙烯和丙烷通过管道18经控制阀20和止回阀22向T-接头16供料。组合的进料气体从此送入静态混合器24，在该混合器中这些物料组合成混合的气态反应物流，再将其送入喷射器26。经控制阀28将氧源与喷射器26相连。