流化床反应器的进料分布器的压降监测系统和监测方法与流程

本发明涉及一种用于流化床反应器的压降监测系统和监测方法。具体而言，涉及用于氨氧化反应器的进料分布器的压降监测系统和监测方法。

背景技术：

丙烯腈是石油化工的重要化工原料。世界各国普遍采用氨氧化一步法生产丙烯腈，即原料气空气、丙烯、氨按一定的配比，在催化剂的作用下，在一定的反应条件下，发生丙烯氨选择氧化反应，生成丙烯腈并副产乙腈和氢氰酸等，同时放出大量的反应热。图1所示的为商业在用的丙烯腈流化床反应器1，包括：反应器壁4、空气进料口8、空气分布板6、丙烯氨进料分布器10、冷却盘管7、和旋风分离器(未示出)。

典型的丙烯腈流化床丙烯氨进料分布器为多管式分布器，多管式分布器包括分布器入口；进料分布器主管；进料分布器支管；和进料分布器喷嘴，管线内流体相连。原料气从分布器入口进入，沿主管流通到与主管相连接的各个支管上，再如图2所示，通过支管12上分布的各个锐孔13流通到喷嘴15，最后流通到床层中。这样，原料气沿进料分布器管线导向被分散到床层中。

利用丙烯腈流化床反应器进行丙烯氨的氧化反应时，流化床的丙烯氨进料分布器的压降δpd是一个重要参数。良好的丙烯氨进料分布器压降的设计，可以使反应器单位横截面上含有等量的丙烯氨原料气，这就要求每个进料分布器喷嘴流出的气体流量是等量的。原料气在穿过锐孔的过程中，产生局部压损，即图2中支管12处与喷嘴15末端处的之间压差，该压差即为丙烯氨进料分布器压降δpd。

丙烯氨进料分布器布气性能直接影响到丙烯氨选择氧化的反应结果，为保证气流的均匀分布，且不因某种波动或负荷的降低造成严重不均匀的后果，一般需使分布器具有足够的压降，学者们习惯以分布器压降δpd与床层压降δpb之比作为研究对象。δpd/δpb比值越大，则气体分布越均匀，但过大的压降造成过大的能耗。

非专利文献《丙烯腈装置扩能改造研究》(于飞等，《当代化工》2005年，第34卷，第5期，第345～353页)公开了丙烯腈装置扩能后，由于气体孔速增加，加速催化剂颗粒的磨蚀，破坏整体流化状态。但是文献中，即没有公开测量穿孔孔速的方法，也未公开测量分布器压降的方法，并且其所公布的关于穿孔孔速及分布器压降只是理想状态的模拟的结果，而非真实的测量结果。

另一方面，随着丙烯腈技术的不断改进，催化剂的活性指标(丙烯转化到目标产物的收率)、颗粒耐磨性，旋风分离器的分离效率等都有所提高，同时，也要求反应器有更高的操作线速度以提高丙烯腈装置的生产能力。进料分布器压降偏低容易导致原料气分布不均，也容易由于穿孔孔速相对较低、孔径偏大造成催化剂倒窜的可能，特别是对于直径大于8.5米的大型丙烯腈流化床反应器。由于进料分布器压降偏低直接影响到反应结果，同时也不利于装置的长期稳定生产。

技术实现要素：

为了克服上述技术问题，本发明提供一种流化床反应器的进料分布器压降δpd的监测系统和监测氨氧化反应器的进料分布器压降δpd的方法。通过本发明的测量进料分布器压降δpd的监测系统和监测方法，能够实现实时监测进料分布器工作状态，并对其提前作出预判和处理。

本发明提供一种流化床反应器的进料分布器压降监测系统，包括：第一压力测量口，该第一压力测量口位于近反应器壁的进料分布器入口管线上；第二压力测量口，该第二压力测量口位于空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上；测量单元，该测量单元用于测量第一压力测量口和第二压力测量口之间的压力数据；以及控制器，测量装置经由信号线连接至该控制器，并将所测量的压力数据传输至该控制器，其中，控制器根据由测量单元所传输的压力数据来计算进料分布器的压降，从而判定进料分布器的工作状态是否正常。

根据本发明的进料分布器压降监测系统，其中，测量单元包括：第一压力测量装置，该第一压力测量装置用于测量第一压力测量口处丙烯氨混合气的压力；和第二压力测量装置，该第二压力测量装置用于测量第二压力测量口处的压力，并且，其中，控制器根据由第一压力测量装置和第二压力测量装置所传输的压力数据来计算进料分布器的压降，从而判定进料分布器的工作状态是否正常。

根据本发明的进料分布器压降监测系统，其中，测量单元包括压差测量装置，该压差测量装置用于测量第一压力测量口与第二压力测量口之间的压力差，并且，其中，控制器根据由压差测量装置所传输的压力数据来计算进料分布器的压降，从而判定进料分布器的工作状态是否正常。

根据本发明的进料分布器压降监测系统，还包括设置在第一压力测量口和第二压力测量口处的吹扫装置，该吹扫装置在第一压力测量口和第二压力测量口处提供0～10nm³/h的吹扫风。

根据本发明的进料分布器压降监测系统，其中，吹扫装置在第一压力测量口和第二压力测量口处提供1～10nm³/h的吹扫风。

根据本发明的进料分布器压降监测系统，其中，当进料分布器的压降为床层压降的25％～160％时，控制器判定进料分布器的工作状态是正常的。

根据本发明的进料分布器压降监测系统，其中，当进料分布器的压降为床层压降的35％～140％时，控制器判定进料分布器的工作状态是正常的。

根据本发明的进料分布器压降监测系统，还包括：高压氮气吹扫装置，其中，当控制器判定进料分布器的压降高于预定范围的上限值时，则自动启动高压氮气吹扫装置，以对进料分布器进行吹扫。

根据本发明的进料分布器压降监测系统，还包括：高压氮气吹扫装置，其中，当控制器判定进料分布器的压降低于预定范围的下限值时，自动启动高压氮气吹扫装置，并将氮气连续地稳定地供给到进料分布器中，使得进料分布器的压降达到正常的工作状态。

本发明提供一种用于监测流化床反应器的进料分布器压降的方法，包括：设置第一压力测量口，该第一压力测量口位于近反应器壁的进料分布器入口管线上；设置第二压力测量口，该第二压力测量口位于空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上；测量第一压力测量口和第二压力测量口之间的压力数据，并将该压力数据传送至控制器；以及由控制器根据压力数据计算进料分布器压降，并判定进料分部器的工作状态是否正常。

根据本发明的进料分布器压降监测方法，其中，压力数据为第一压力测量口和第二压力测量口处的压力。

根据本发明的进料分布器压降监测方法，其中，压力数据为第一压力测量口与第二压力测量口之间的压差。

根据本发明的进料分布器压降监测方法，还包括在第一压力测量口和第二压力测量口处提供0～10nm³/h的吹扫风。

根据本发明的进料分布器压降监测方法，其中，在第一压力测量口和第二压力测量口处提供1～10nm³/h的吹扫风。

根据本发明的进料分布器压降监测方法，其中，当进料分布器的压降为床层压降的25％～160％时，则判定进料分布器的工作状态是正常的。

根据本发明的进料分布器压降监测方法，其中，当进料分布器的压降为床层压降的35％～140％时，则判定进料分布器的工作状态是正常的。

根据本发明的进料分布器压降监测方法，其中，当判定进料分布器的压降高于预定范围的上限值时，则自动启动高压氮气吹扫装置，对进料分布器进行吹扫。

根据本发明的进料分布器压降监测方法，其中，当判定进料分布器的压降低于预定范围的下限值时，自动启动高压氮气吹扫装置，并将氮气连续地稳定地供给到进料分布器中，使得进料分布器的压降达到正常的工作状态。

通过本发明的测量进料分布器压降δpd的监测系统和监测方法，能够实现实时监测进料分布器工作状态，并对其提前作出预判和处理。

附图说明

图1是现有技术的丙烯氨流化床反应器的示意图。

图2是现有技术的丙烯氨进料分布器的喷嘴示意图。

图3是本发明的进料分布器压降监测系统的示意图。

图4是本发明的进料分布器压降监测系统的示意图。

附图标记说明

1丙烯氨氧化流化床反应器

2丙烯氨进料分布器入口

3压力测量口

4反应器器壁

5测量单元

6空气分布板

7冷却盘管

8空气进料口

9氮气吹扫装置

10进料分布器

12支管

13锐孔

14喷嘴

具体实施方式

以下将以丙烯氨氧化流化床反应器为例，参考附图详细描述本发明的进料分布器压降δpd监测系统和监测方法，但本发明不限于氨氧化反应器的进料分布器。

通常情况，要求流化床反应器单位截面积上具有相同的气体流量，即要求进料分布器各个喷嘴所流出的原料气的量是一致的，即丙烯氨混合气通过各个锐孔的穿孔速度是相同的。然而，穿孔孔速是很难去测量的和监测的，因此，想要直接通过穿孔速度来反应反应器的工作状态是非常困难的。

本发明人经过长期研究发现，进料分布器压降δpd与混合气穿过锐孔时的速度有关。装置在正常运行过程中，当发生进料分布器部分锐孔有堵塞情况发生时，由于其他锐孔流过的气量增加导致平均穿孔孔速的增加，这一结果表现在进料分布板压差δpd的增加；而当进料分布器管件上有氮化脆裂发生时，有更多的原料气通过裂缝进入床层，导致锐孔流过的气量减少，平均穿孔孔速的减少的结果表现在进料分布板压差δpd的降低。

如上所述，图2中支管12处与喷嘴15末端处的之间压差，该压差即为丙烯氨进料分布器压降δpd。但是，在实际生产过程中，由于以下原因造成难以实际测量图2中所示的部位的压差。首先，由于反应器的反应温度很高，一般在400℃以上，会对传感器造成损害。另一方面，在进料分布器中设置传感器还会影响进料分布器的进料效果，容易导致进料不均匀。

本发明人经研究和实验发现，在丙烯氨混合气在进料分布器10入口处至支管12(图2中所示的具体位置)处的压损，和丙烯氨混合气经喷嘴15进入催化剂床层处的压损均非常小，相对于上述定义的进料分布器压降δpd可以忽略不计。基于这一发现，实现了本发明的进料分布器压降δpd监测装置和监测方法。

具体而言，如图3所示，本发明的进料分布器压降δpd测量装置包括：第一压力测量口2、第二压力测量口3、测量单元5和控制器(未示出)。

对第一压力测量口2的位置没有具体限制，但是出于操作简便的目的，优选地将其设置于近反应器壁4的进料分布器10的入口管线上，以测量进料分布器10入口处的丙烯氨混合气压力。第二压力测量口3优选地位于空气分布板6与进料分布器10的喷嘴15的末端之间的反应器壁4上，以测量进料分布器10的喷嘴15的出口处的丙烯氨混合气的压力。对于测量单元5的类型没有具体限制，可以采用单独的压力表分别测量第一压力测量口2和第二压力测量口3各自处的丙烯氨混合气的压力，然后将各自的压力数据传输至控制器，然后由控制器来计算二者的差值，从而获得进料分布器的压降δpd。或者，也可以采用压差表直接测量第一压力测量口与第二压力测量口之间的压差，并将该数据传输至控制器。

对控制器的类型没有具体限制，但优选为dcs控制系统，其可以直观的显示压差变化情况，即进料分布器压降δpd变化情况。

优选地，为防止催化剂阻塞压力测量口，在第一压力测量口和第二压力测量口处分别给予相同工况条件的吹扫风(图中未示出)。吹扫风为0～10nm³/h，优选为1～10nm³/h。在吹扫风流速过大的情况下，可能对催化剂床层产生影响。

如图4所示，本发明的进料分布器压降δpd测量装置还包括高压氮气吹扫装置9。氮气吹扫装置9连接至进料分布器10，当dcs控制系统判定进料分布器压降δpd测量值不在预定范围时，可以自动启动该高压氮气吹扫装置，并将高压氮气引入至进料分布器10。

根据本发明的进料分布器压降δpd测量装置，能够对进料分布器压降δpd进行测量并判定进料分布器的工作状态是否正常。

在丙烯腈生产过程中，进料分布器锐孔孔径的变化影响到原料气穿孔孔速的变化，直接表现在进料分布板压降δpd的变化。由此，通过进料分布板压降δpd的变化作为判断进料分布器是否处于正常工作状态是可行的。

装置在正常运行过程中，当发生进料分布器部分锐孔有堵塞情况发生时，由于其他锐孔流过的气量增加导致平均穿孔孔速的增加，这一结果表现在进料分布板压差δpd的增加；而当进料分布器管件上有氮化脆裂发生时，有更多的原料气通过裂缝进入床层，导致锐孔流过的气量减少，平均穿孔孔速的减少的结果表现在进料分布板压差δpd的降低。进料分布板压差的增高或降低反映出进料分布器处于非正常的工作状态。

具体而言，在本发明的进料分布器压降δpd测量装置中，将测量单元所测量的压力数据反馈(传输)至dsc控制系统。当进料分布器压降δpd测量值为床层压降δpb的25％～160％时，则判定进料分布器的工作状态是正常的。进料分布器压降δpd测量值优选为床层压降δpb的30％～150％，更优选为床层压降δpb的35％～140％。

相反，当进料分布器压降δpd测量值不在上述范围之内时，则判定进料分布器10的工作状态不正常。

具体而言，装置在正常运行过程中，当进料分布器压降δpd测量值高于上述范围的上限值时，dcs控制系统给予高限提示，提醒进料分布器10可能存在部分锐孔堵塞情况并自动启动高压氮气吹扫装置9对进料分布器进行吹扫，将高压氮气引入进料分布器10的管路中，从而消除堵塞。而当进料分布器压降δpd测量值低于上述范围的设定下限时，dcs控制系统给予低限提示，提醒丙烯氨进料分布器存在氮化脆裂的可能性。

装置在超负荷运行过程中，进料分布器各个锐孔流出的原料气体量较装置满负荷运行时同步增加，对同一装置而言，气体流经锐孔的穿孔孔速也有所增加，同样会表现在进料分布器压降δpd的增加，在本发明的进料分布器压降δpd测量装置中，将测量单元所测量的压力数据反馈(传输)至dsc控制系统。dcs控制系统给予高限提示，进料分布器δpd以不高于所设定上限值为宜，例如，可以将该上限值设定为装置床层压降δpb的160％。

装置在低负荷运行过程中，进料分布器各个锐孔流出的原料气体量较装置满负荷运行时同步减少，对同一装置而言，气体流经锐孔的穿孔孔速也有所减少，表现在进料分布器压降δpd的降低，极端情况下，影响到进料分布器布气效果，导致进料不均匀，反应结果恶化。在本发明的进料分布器压降δpd测量装置中，将测量单元所测量的压力数据反馈(传输)至dsc控制系统。dcs控制系统给予低限提示，例如，可以将该下限值设定为装置床层压降δpb的20％。当装置低负荷运行时，进料分布器测量压差δpd低于下限值时，自动启动高压氮气吹扫装置，并可以调节氮气流量，使得氮气可以稳定地连续地与进入原料气管线，并与原料气混合一起引入至进料分布器，满足进料分布器压差δpd达到dcs控制系统给予的下限设定值，使反应器维持正常运行。

实施例

以下通过具体实施例来对本发明的本发明的进料分布器压降δpd监测装置进行更加详细的描述。但本发明并不限于以下具体实施例。

实施例1

丙烯腈流化床反应器直径为7米，催化剂采用常规的商用丙烯腈催化剂，原料气摩尔比丙烯:氨:空气为1:1.1:9.3，反应温度为440℃，反应压力为0.5kg/m³。装置满负荷下运行，分别在进料分布器的近反应器壁的入口管线上和空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上设置压力监测口，实际测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的41.6％。反应结果为an收率为80.2％，丙烯转化率为98.0％。

实施例2

丙烯腈流化床反应器与反应工况条件同实施例1，装置以80％负荷下运行，分别在进料分布器的近反应器壁的入口管线上和空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上设置压力监测口，实际测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的26.8％。反应结果为an收率为79.7％，丙烯转化率为97.5％。

实施例3

丙烯腈流化床反应器与反应工况条件同实施例1，装置以70％负荷下运行，分别在进料分布器的近反应器壁的入口管线上和空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上设置压力监测口，启动高压氮气装置，引氮气入进料分布器，测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的41.4％。反应结果为an收率为80.0％，丙烯转化率为98.6％。

比较例1：

丙烯腈流化床反应器与反应工况条件同实施例1，装置满负荷下运行。分别在进料分布器的近反应器壁的入口管线上和空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上设置压力监测口，实际测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的21.8％。反应结果为an收率为79.4％，丙烯转化率为97.1％。

比较例2

丙烯腈流化床反应器与反应工况条件同实施例1，装置满负荷下运行。分别在进料分布器的近反应器壁的入口管线上和空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上设置压力监测口，实际测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的18.2％。反应结果为an收率为75.3％，丙烯转化率为93.2％。装置停车检修，发现进料分布器管路存在多处脆裂渗漏。

实施例4

丙烯腈流化床反应器直径为12米，催化剂采用与实施例1中相同的丙烯腈催化剂，原料气摩尔比丙烯:氨:空气为1:1.1:9.3，反应温度为440℃，反应压力为0.5kg/m³。装置满负荷下运行，分别在进料分布器的近反应器壁的入口管线上和空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上设置压力监测口，实际测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的42.6％。反应结果为an收率为80.1％，丙烯转化率为98.4％。

实施例5

丙烯腈流化床反应器与反应工况条件同实施例4，装置以70％负荷下运行，分别在进料分布器的近反应器壁的入口管线上和空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上分别设置压力监测口，实际测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的25.8％。反应结果为an收率为79.3％，丙烯转化率为96.5％。

实施例6

丙烯腈流化床反应器与反应工况条件同实施例4，装置以70％负荷下运行，分别在进料分布器的近反应器壁的入口管线上和空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上设置压力监测口，启动高压氮气装置，引氮气入进料分布器，测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的38.8％。反应结果为an收率为79.8％，丙烯转化率为98.2％。

实施例7

丙烯腈流化床反应器直径为9.0米，催化剂采用实施例1中相同的丙烯腈催化剂，原料气摩尔比丙烯:氨:空气为1:1.1:9.3，反应温度为440℃，反应压力为0.5kg/m³。分别在进料分布器的近反应器壁的入口管线上和空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上设置压力监测口，实际测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的90.9％。反应结果为an收率为80.5％，丙烯转化率为99.1％。

实施例8

丙烯腈流化床反应器直径为12米，催化剂采用实施例1中相同的丙烯腈催化剂，原料气摩尔比丙烯:氨:空气为1:1.1:9.3，反应温度为440℃，反应压力为0.5kg/m³。分别在进料分布器的近反应器壁的入口管线上和空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上设置压力监测口，实际测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的98.8％。反应结果为an收率为80.3％，丙烯转化率为98.7％。

实施例9

丙烯腈流化床反应器与反应工况条件同实施例8，装置满负荷下运行。分别在进料分布器的近反应器壁的入口管线上和空气分布板与进料分布器的喷嘴末端之间的反应器壁上设置压力监测口，实际测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的172.4％。反应结果为an收率为78.7％，丙烯转化率为96.5％。dsc控制系统自动启动氮气吹扫装置，将高压氮气引入进料分布器进行吹扫。关闭氮气吹扫装置并待反应稳定后，测得丙烯氨分布器的压降δpd为床层压力δpb的103.1％。反应结果为an收率为80.4％，丙烯转化率为98.7％。