用于制备氰化氢的方法

用于制备氰化氢的方法
【专利摘要】本发明提出了一种用于制备氰化氢的方法，属于氰化氢制备领域。所述方法包括：(a)将含甲烷气体、含氨气体、含氧气体和它们的混合物引导至狭长管道中以形成气体混合物；(b)使用流动校正器来校正气体混合物的流动，以形成三元气体混合物，其中所述流动校正器包含安装到中间体的一个或多个径向板体，其中所述一个或多个径向板体在狭长管道中纵向延伸，并且中间体从上游点向下游基底向外地渐变；以及(c)使得所述三元气体混合物与催化剂床中的催化剂接触以提供包含氰化氢的反应产物。根据本发明的方法提高了氰化氢的产率。
【专利说明】用于制备氰化氢的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有于2012年12月18日提交的美国申请61/738，740的优先权，该申请的全部内容和公开结合于本文中。
【技术领域】
[0003]本发明涉及用于制备氰化氢的方法，并且尤其涉及一种用于校正混合器中三元气体的流动的流动校正器。
【背景技术】
[0004]传统地，氰化氢(HCN)通过Andrussow法或BMA法来进行工业规模的生产(例如参见 Ullman’ s Encyclopedia of Indusrial Chemistry, VolumeA8, Weinheiml987, P.161-163)。例如在Andrussow法中，可以在适合的催化剂存在下在反应器中使氨与含甲烷的气体和含氧气体在高温下反应来商业化地制备HCN (美国专利1，934，838和6，596，251)。硫化合物和甲烷的高级同系物可能会影响甲烷的氧化氨解的参数° 例如参见 Trusov, Effect of Sulfur Compounds and Higher Homologues of Methaneon Hyfrogen Cyanide Production by the Andrussow Method, Russian J.Applied Chemistry, 74:10 (2001), pp.1693-1697。通过使反应器流出气流在氨吸收器中与磷酸铵水溶液相接触来将未反应的 氨与HCN分离。将分离的氨纯化和浓缩，用于再循环到HCN的转化中。通常通过将其吸收到水中来从处理后的反应器流出气流中回收HCN。所回收的HCN可以通过进一步的提炼工序来处理，以制备纯化的HCN。文献Clean Development MechanismProject Design Document Form(CDM F1DD, Version3)，2006 图不性地解释了 AndrussowHCN制造法。纯化的HCN可用于氢氰化反应，如含有烯烃的基团的氢氰化或者1，3_ 丁二烯和戊烯腈的氢氰化，上述的氢氰化可用于制造己二腈(“ADN”)。在BMA法中，HCN在实质上没有氧并在钼催化剂存在的条件下由甲烷和氨合成，其结果是产生了 HCN、氢气、氮气、残留的氨和残留的甲烧(如参见:Ullman’ s Encyclopedia of Industrial Chemistry, VolumeA8，Weinheiml987，P161-163)。商业经营者要求工艺安全管理，以控制氰化氢的危险的性质(参见 Maxwell 等人，Assuring process safety in the transfer of hydrogen cyanidemanufacturing technology, JHazMatl42 (2007 年)，677-684)。另外，HCN 制造工艺中的来自生产设备的排放可能要遵守法规，这可能影响HCN生产的经济性。(参见Crump, EconomicImpact Analysis For The Proposed Cyanide Manufacturing NESHAP, EPA,May2000 年)。
[0005]在制造HCN时，将氨气、含甲烷的气体和含氧气体混合，以形成输送到反应器中的三元气体混合物。由于HCN工艺包含若干反应气体，这些反应气体在接触到催化剂之前进行混合是有利的。然而，当进行反应气体的在先混合时，或许会出现与气体的反应性相关的风险。美国专利2，803，522公开了用于含氧气体和氨的混合器。美国专利3，063，803公开了与反应器相连的可分离式安装的气体混合室。美国专利3，215，495公开了位于气体混合室之内的用于混合反应气体的内部挡板。[0006]美国专利US6，649，137描述了一种锥形反应器盖，用于化学处理或其它的系统。该反应器盖适合于连接到包含催化剂的桶。该反应器可与旋转叶片相连，以便在反应器的入口处诱导层状流动，从而提高反应器的效率并延长催化剂的寿命。
[0007]因此，所需要的是改善的混合容器，其能够减少不期望的旋转，同时将用于HCN制造的反应气体混合。

【发明内容】

[0008]在本发明的第一实施例中，提供了一种用于制备氰化氢的方法，包括:将含甲烷气体、含氨气体、含氧气体和它们的混合物引导至狭长管道中以形成气体混合物，使用流动校正器来校正气体混合物的流动，以形成三元气体混合物，并且使得所述三元气体混合物与催化剂床中的催化剂接触以提供包含氰化氢的反应产物。所述三元气体混合物可以包含至少25%体积的氧气。在一个方面中，含氧气体含有至少80%体积的氧气或优选纯氧。流动校正器包含安装到中间体的一个或多个径向板体，其中所述一个或多个径向板体在狭长管道中纵向延伸，并且中间体从上游点向下游基底向外地渐变。中间体可以为棱锥形或圆锥形。中间体的下游基底为圆形，三角形、方形、菱形、矩形、五角形或六角形。所述一个或多个径向板体具有基本光滑的表面。中间体可以同心地定位于狭长管道内。在一个方面中，流动校正器包括不锈钢。
[0009]在整个流动校正器上，具有大致均匀的速度分布。在一个方面中，该方法产生在催化剂床上具有从15°C到25°C的床温度变化的三元气体混合物。三元气体混合物在催化剂床的直径上具有小于0.1的变化系数。在一个方面中，含甲烷的气体、含氨气体以及含氧气体在狭长管道内混合，其中在混合过程中压降小于35千帕。可以通过多个静态混合元件来实现混合。在混合过程中，由于流动校正器的存在，三元气体混合物大致上没有旋转。
[0010]本发明的另一个实施例涉及一种用于制备氰化氢的反应组件，包括混合容器和反应容器，该反应容器包括操作性连接到出口以接收三元气体混合物的反应器入口，其中反应容器包括含有用于制备氰化氢流的催化剂的催化剂床。混合容器产生三元气体混合物并且包括狭长管道。狭长管道包括:位于狭长管道的下游端处的出口 ；内壁；包括第一进入端口和设于第一进入端口下游的第一流动校正器的第一静态混合区域，第一进入端口用于将至少一种从由含甲烷的气体、含氨气体、含氧气体及其混合物所构成的组中选择的反应气体引入到混合容器中；以及第二静态混合区域，其置于第一静态混合区域下游，并包括用于引入含氧气体的第二进入端口和置于第二进入端口下游的第二流动校正器。每个流动校正器可以包括一个到十个径向板体。各流动校正器可以具有一体式结构。一个或多个径向板体可以连接到内壁上。一个或多个径向板体可以连接到圆形环上。圆形环可以连接到内壁上。中间体可以为空心的。中间体可以为棱锥形。棱锥可以具有与一个或多个径向板体中的至少一个相汇合的角部。中间体的下游基底可以为圆形、三角形、方形、菱形、矩形、五角形或六角形。圆锥形中间体可以具有从5°到65°的锥角。中间体可以同心地置于狭长管道内。下游基底可以具有从0.l*x到0.5*x的最大直径，其中X为一个或多个径向板体的径向长度。一个或多个径向板体可以具有从0.05*y到0.3*y的高度，其中y是管道直径。一个或多个径向板体可以具有圆形的上游边缘。上游点可以相对于圆形上游边缘等边。一个或多个径向板体可以具有基本平滑的表面。第一静态混合区域可以包括至少一个第二流动校正器。第一静态混合区域的该至少一个第二流动校正器可以包括一个或多个径向板体。第一静态混合区域和第二静态混合区域均可以进一步包括多个静态混合元件。多个静态混合元件可以包括多个突片嵌件，所述突片嵌件具有在流动方向上弯折的上游表面。混合容器中的压降可以小于35kPa。在一些实施例中，第一流动校正器包括一个或多个安装到中间体上的径向板体，其中所述一个或多个径向板体在狭长管道中纵向地延伸，并且中间体从上游点向下游基底朝向所述内壁向外地渐变。
[0011]在第三实施例中，提出了一种用于制备氰化氢的反应组件，包括:(a)具有狭长管道的用于产生三元气体混合物的混合容器，该狭长管道包括位于狭长管道的下游端处的出口、内壁，以及包括第一进入端口和设于第一进入端口下游的第一流动校正器的第一静态混合区域，其中第一进入端口用于将至少一种由含甲烷的气体、含氨气体、含氧气体及其混合物构成的组中选择的反应气体引入到混合容器中，还包括第二静态混合区域，其置于第一静态混合区域下游，并包括用于将含氧气体引入到混合容器中的第二进入端口和置于第二进入端口下游的第二流动校正器，其中，第一和第二流动校正器均包括一个或多个安装到中间体上的径向板体，其中一个或多个径向板体在狭长管道中纵向延伸，并且中间体从上游点向下游基底朝着内壁向外渐变；以及(b)反应容器，其包括操作性连接到出口以接收三元气体混合物的反应器入口和包括用于制备氰化氢流的催化剂的催化剂床。
[0012]在第四实施例中，提供了一种用于制备氰化氢的方法，包括:将含甲烷气体、含氨气体、含氧气体和它们的混合物引导至狭长管道中以形成气体混合物；使用流动校正器来校正气体混合物的流动， 以形成三元气体混合物，其中流动校正器包括一个或多个安装到中间体的径向板体，其中所述一个或多个径向板体在狭长管道中纵向延伸，并且中间体从上游点向下游基底向外地渐变；并且使得所述三元气体混合物与催化剂床中的催化剂接触以提供包含氰化氢的反应产物。所述三元气体混合物在催化剂床两侧可以保持15°C到25 °C的床温度变化。所述方法还包括在流动校正器上保持大致均匀的速度分布。所述三元气体混合物可以包含至少25%体积的氧气。含氧气体可以包括至少80%体积的氧气或纯氧。在混合过程中，压降可以小于35kPa。三元气体混合物在催化剂床的直径上可以具有小于0.1的变化系数。可以通过多个静态混合元件来实现混合。三元气体混合物可以大致上没有旋转。中间体可以为棱锥形。中间体的下游基底可以为圆形、三角形、方形、菱形、矩形、五角形或六角形。所述一个或多个径向板体可以具有基本光滑的表面。中间体可以同心地定位于狭长管道内。所述流动校正器可以包括不锈钢。
[0013]在第五实施例中，提供了一种用于制备氰化氢的方法，包括:校正引导至狭长管道中的含甲烷气体和含氨气体的流动，并且混合以形成二元气体混合物；校正所述二元气体混合物和引导至狭长管道中的含氧气体的流动，并混合以形成三元气体混合物；使得所述三元气体混合物与催化剂床中的催化剂接触以提供包含氰化氢的反应产物，其中流动校正器包括一个或多个安装到中间体的径向板，其中所述一个或多个径向板体在狭长管道中纵向延伸，并且中间体从上游点向下游基底向外地渐变。所述三元气体混合物在催化剂床两侧可以保持15°C到25°C的床温度变化。所述方法还包括在流动校正器上保持大致均匀的速度分布。所述三元气体混合物可以包含至少25%体积的氧气。在混合中，压降可以小于35kPa。三元气体混合物在催化剂床的直径上可以具有小于0.1的变化系数。可以通过多个静态混合元件来实现混合。三元气体混合物可以大致上没有旋转。中间体可以为棱锥形。中间体的下游基底可以为圆形、三角形、方形、菱形、矩形、五角形或六角形。所述一个或多个径向板体具有基本光滑的表面。中间体可以同心地定位于狭长管道内。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1为根据本发明的一个实施例的HCN合成系统的简化的流动示意图。
[0015]图2为根据本发明的一个实施例的混合容器的剖视图。
[0016]图3A和图3B为根据本发明的一个实施例的具有棱锥形中间体的流动校正器。
[0017]图4A和图4B为根据本发明的一个实施例的具有圆锥形中间体的流动校正器。
[0018]图5为根据本发明的一个实施例的圆形环。
【具体实施方式】
[0019]此处所用之术语仅出于描述特定实施方案的目的，并不意欲限制本发明。除非上下文中清楚地显示出另外的情况，如此处所用的单数形式“一个”和“该”也包括复数形式。还应当理解，在本说明书中使用的用语“包括”和/或“包括有”时说明了存在所述的特征、整体、步骤、操作、部件和/或构件，但不妨碍一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、部件组、构件和/或构件组的存在或添加。
[0020]例如“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”的用语及其变体应广泛地理解，并且包含所列出的 主体以及等效物，还有未列出的另外的主体。另外，当由过渡性用语“包含”、“包括”或“含有”来引出组分、部件组、工艺或方法步骤或者任何其他的表述时，应当理解此处还考虑了相同的组分、部件组、工艺或方法步骤，或者具有在该组分、部件组、工艺或方法步骤或任何其它表述的记载之前的过渡性用语“基本上由…组成”、“由…组成”或“选自由…构成的组”的任何其它的表述。
[0021]如果的适用话，权利要求中的相应的结构、材料、动作以及所有功能性的装置或步骤的等效物包括用于与权利要求中所具体陈述的其他部件相结合地来执行功能的任何结构、材料或动作。本发明的说明书出于介绍和描述的目的而提供，但并不是穷举性的或将本发明限制到所公开的形式。在不偏离本发明的范围和精神的前提下，许多改变和变体对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。这里选择并描述了一些实施方案，目的是对本发明的原理和实际应用进行最佳的解释，并且使得本领域的其他普通技术人员能够理解本发明的不同实施方案具有多种变化，如同适合于该特定用途一样。相应地，尽管本发明已经依据实施方案进行了描述，然而本领域技术人员将认识到，本发明可以有所改变地并在所附权利要求的精神和范围之内实施。
[0022]现在将详细参考特定的所公开的主题。尽管所公开的主题将结合所列举的权利要求来描述，然而可以理解，它们并不将所公开的主题限制到这些权利要求中。相反，所公开的主题覆盖了所有的替代方案、改变以及等效物，这些可以包含于由权利要求所限定的所公开的主题的范围之内。
[0023]可根据Andrussow法或通过BMA法来以工业规模生产氰化氢(“HCN”)。在Andrussow法中，甲烷、氨和含氧原料在高于1000°C的温度下在催化剂的存在下反应，以制备包含HCN、氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮气、剩余氨、剩余甲烷和水的氰化氢粗产物。天然气典型地用作甲烷来源，而空气、富氧空气或纯氧可以用作氧气来源。催化剂典型地为丝网钼/铑合金或丝网钼/铱合金。可以使用其他的催化剂组分，包括但不限于钼族金属、钼族金属合金、负载型钼族金属或负载型钼族金属合金。也可以使用其他的催化剂构造，包括但不限于多孔结构、丝网、突片嵌件、球体、块体、泡沫、浸溃涂层和清洗涂层。在BMA法中，甲烷和氨使用如美国专利7，429，370所描述的钼催化剂来反应，该专利通过引用包含于本文。
[0024]大致上讲，图1显示了 HCN合成系统100。HCN —般在反应组件102中制备，反应组件102包括混合容器104和反应容器106。在Andrussow法中，包括含氧气体原料流108、含甲烷气体原料流110和含氨气体原料流112的反应气体引入到混合容器104中。混合容器104包括至少一个如这里所述的流动校正器122。如图1所示，含甲烷气体原料流110和含氨气体原料流112可以输送到含氧气体原料流108的上方。在一些实施方案中，含甲烧气体原料流110和含氨气体原料流112可以在引入到混合容器104中之前混合。在一个实施方案中，混合容器104可以包含一个或多个如这里所述的静态混合区域，用于制备完全混合的三元气体混合物114。静态混合区域可以位于流动校正器122的下游。混合容器104具有直壁，所述直壁与到反应容器106之中的三元气体混合物114的流动对齐。
[0025]三元气体混合物114离开混合容器104，并且接触到包含在反应容器106之内的催化剂，以形成包含HCN的氰化氢粗产物116。催化剂可以处于催化剂床118之内。在一个实施方案中，可以使用分布板120来将三元气体混合物114输送到反应容器106中。分布板120还可以用来均匀地分布三元气体混合物，并如所需要地将三元气体混合物进一步混合。可在氨回收部分130中从氰化氢粗产物116中回收氨，并通过管线132使氨返回。还可以在HCN精炼部分134中 将HCN精炼成期望用途所要求的纯度。在一些实施方案中，HCN可以为高纯度的HCN，包含小于IOOmpm重量的水。
[0026]反应气体108、110和112以相对于混合容器104中的三元气体混合物114的流动处于从5°到90°的范围内的角度、并且通常是相垂直的角度引入。这会诱导反应气体的旋转，该旋转产生了不期望的流动模式。不期望的流动模式可能导致HCN的产率降低以及较低的HCN收益。本发明通过使用至少一个流动校正器122以获得基本上没有旋转的平推流且提供完全混合的三元气体混合物114而减少了混合容器104中的旋转流动，从而有利地提高了性能。通过在催化剂床上实现基本上均匀的床的温度，这提高了收益。均匀的床温度避免了因催化剂床上的热点或冷点导致的差异。在床温度方面存在较大变化的催化剂床易于破裂，这会导致反应物的旁流和产率的损失。
[0027]流动校正器122可以在混合容器中在反应气体混合之前提供反应气体的基本上没有或仅有很少旋转的平推流。优选地，平推流在流动校正器122上具有基本均匀的速度剖面。这减少了可能由将反应气体输送到混合容器104中所导致的任何旋转。
[0028]另外，反应气体可能倾向于流动通过混合容器104的中部，从而集中在中部区域，使得混合容器104的壁处具有较少的反应气体的流动，并且导致含氧气体与含甲烷气体和含氨气体的不良混合。静态混合器从混合容器的内壁横向地延伸出，使得混合容器的中间为敞开的。因此，当反应气体没有沿着混合容器的圆周直径均匀分布时，可能产生混合不良。本发明的流动校正器122具有中间体，用来使反应气体远离中部地且朝向混合容器的壁向外扩散。该中间体典型地定位成与混合容器的中心线至少部分地重叠。该中间体通过阻止流动经过混合容器的中部而有利地改善了混合。该中间体优选为圆锥形的或棱锥形的。
[0029]在图2中，显示了具有流动校正器122和流动校正器160的混合容器104的剖视图。混合容器104制造优选为完全混合的三元气体混合物114，其通过下游端部156并且到HCN反应容器106中。混合容器104包括狭长管道140，该狭长管道140可在三元气体混合物114的流动方向上接触到或延伸到反应容器106中。混合容器的尺寸可以变化，但可具有l-5m、例如为1.2-2.5m的长度，以及5_60cm、优选是10_35cm的内直径。在一个实施例中设有第一进入端口 136 (也称作上部入口)，它用来引入选自下面组的至少一种反应气体，所述组包括含甲烷气体、含氨气体、含氧气体和它们的混合物。优选地，通过第一进入端口 136来引入含甲烷气体110和含氨气体112。流动校正器160可以置于第一进入端口136的下游，并且产生通过第一进入端口 136引入的反应气体的平推流。
[0030]还可以通过第二进入端口 138 (也称作下部入口)将另外的反应气体引入到管道140中。流动校正器122可以置于第二进入端口 138的下游，并且产生通过第二进入端口138引入的反应气体和那些来自第一进入端口 136的反应气体的平推流。在一个实施例中，通过第二进入端口 138所引入的反应气体可以选自下述组，所述组包括含甲烷气体、含氨气体、含氧气体以及它们的混合物。优选地，可以引入含氧气体流108。如图2所示，第二进入端口 138处于第一进入端口 136的下游。因为直到引入含氧气体时才会形成三元气体混合物，因此优选的是在管道140的较下部引入含氧气体108，从而减少三元气体混合物114的体积。
[0031]流动校正器122包括一个或多个安装在中间体126上的径向板124。流动校正器122具有一体式组件，并且径向板124刚性地连接到中间体126上。流动校正器122可使用适当的不锈钢，例如310SS或316SS。流动校正器122的尺寸可随混合容器的尺寸而变化。在一个实施例中设有从 I到10个径向板124，例如优选有2到6个径向板。中间体126可以同心地设置于狭长管道140中。中间体126可以设置于狭长管道140中，使得径向板与突片嵌件(tab) 148对齐或偏置，例如处于45°的角度。在一个例子中，流动校正器160可具有与流动校正器122相似的结构。
[0032]径向板124具有在三元气体混合物114的流动方向上延伸的、例如在狭长管道140中纵向延伸的光滑表面。由于径向板延伸过管道的直径，因此各径向板可具有大致为管道直径的一半的长度。每个径向板124具有从0.05y到0.3y的高度，其中y为管道的直径。示例性的流动校正器122可具有高度为l-20cm (例如4-16cm)、厚度为0.l-3cm (例如
0.5-1.5cm)的径向板。每个径向板可以具有圆形的上游边缘，所述上游边缘关于中间体126的上游点等边。在一些实施例中，上游边缘可以为渐变的、刀口状的、方形的或钝的。流动校正器122和160的径向板可具有类似的尺寸和形状。
[0033]在一个实施例中，径向板124从中间体126向外延伸，并且连接到狭长管道140的内壁154。在一个实施例中，如图5所示，径向板124可以向外延伸并且连接到圆形环180。圆形环180可以连接到狭长管道的内壁154。在一个实施例中，圆形环180可以滑动配合到、焊接到或以其它方式连接到内壁154上。
[0034]中间体126以从5°到65°的角度从上游边缘向下游基底128渐变。如附图3A/3B和4A/4B所示，中间体126、126’可以具有多种形状，包括但不限于圆锥形、棱锥形、棱柱形、不规则四边体形等。中间体126可以为实心的或空心的。中间体126具有下游基底128，下游基底128可以为圆形、三角形、方形、菱形、矩形、五边形或六边形。图3B显示了棱锥形中间体126的方形的下游基底128。当中间体126为棱锥形时，径向板124可以接触到棱锥的角部。图4B显示了圆锥形126’的圆形的下游基底128’。图4A/4B中的径向板124’可以在圆锥形中间体126’上彼此等距地间隔开。在一个实施例中，下游基底具有从0.l*x到
0.5*x的最大直径,其中X为径向板的径向长度。
[0035]狭长管道140还包括一个或多个用来产生完全混合的三元气体混合物114的静态混合区域142、144。如图2所示，每个静态混合区域142和144分别处于流动校正器160和122的下游。在一个实施方案中，设有相邻于第一进入端口 136设置的第一静态混合区域142。第一静态混合区域142也可以与流动校正器160间隔开。流动校正器160可以具有径向板162和中间体164的构造，类似于流动校正器122。在一些实施方案中，流动校正器160可以没有中间体，而仅包括在中间区域连接的径向板162。
[0036]第一静态混合区域142设置用来将含甲烷气体110和含氨气体112混合，这在它们与含氧气体108的混合之前进行。第一静态混合区域142可以形成甲烷和氨的二元气体。在将该二元气体和含氧气体混合之前，优选地让反应气体通过流动校正器122，以提供具有大致均匀的速度剖面的平推流到第二静态混合区域144中。第二静态混合区域144相邻于第二进入端口 138设置，或设置在第二进入端口 138的下游，并且优选地与流动校正器122间隔开。第二静态混合区域144将含氧气体与其它反应气体混合，以产生三元气体混合物114。
[0037]在一个实施方案中，第二静态混合区域144应当尽最大的实际可能而安装得靠近反应容器106中的反应催化剂床(未示出)，使得混合容器104中的三元气体混合物的体积和停留时间最小化。
[0038]尽管在图2中针对端口 136和138显示了一个入口，然而在一个实施方案中可以设置多个第一进入端口和第二进入端口。可以围绕狭长管道130的整个圆周设有多个输送入口。输送入口中的每一个可以相对于三元气体混合物的流动方向处于5°到90°的角度。反应物的主输送管线可以连接到围绕着多个第一进入端口和/或第二进入端口的环形区域(未示出)。可以具有多个(未示出的)孔，其限定了进入端口并提供从环形区域到狭长管道140的输送入口。不希望被理论束缚，可以认为当反应物输送到混合容器104中时，所述多个孔可以阻止旋转，即漩涡。
[0039]在另一个实施方案中，第一进入端口 136和第二进入端口 138可以延伸到狭长管道140的腔体中。这可允许将反应物引入到狭长管道140的中间。不希望被理论束缚，可以认为所延伸的入口可以阻止反应物不接触突片嵌件148就穿过混合容器104。优选地，输送氧气的第二进入端口 138延伸到管道130的中部。
[0040]静态混合区域142、144中的每一个均包括突片嵌件148的一个或多个行146。由于由流动校正器122和160产生的三元气体混合物的减少的旋转流，因此由突片嵌件148所产生的混合明显地提高。另外，这种改善的混合是由于具有中间体的流动校正器阻止了三元气体流过管道的中部，并迫使该三元气体混合物接触从内壁中延伸出来的突片嵌件。每个静态混合区域142、144可以包括一到十行突片嵌件148。在一个实施方案中，第二静态混合区域144中的行数可以 大于或等于第一静态混合区域142中的行数。例如，第二静态混合区域144可以具有一到三个行。每个行146可以包括一到十个突片嵌件148，并且优选地包括二到六个突片嵌件148。在每个行146内，突片嵌件148优选围绕管道140的圆周均匀地间隔开。随着行数和/或每行中突片嵌件的数量增加，混合容器中的压降也会增加。因此，所期望的是使用行和突片嵌件的组合来提供完全的混合，同时保持小于35kPa、例如小于25kPa的压降。然而，由于通过减小旋转流所实现的低CoV，使用更少能量所形成的三元气体混合物可实现与使用更大压降的更高能的工艺类似的性能。
[0041]在第二静态混合区域144的下游并在混合容器104的出口 156之前可以具有空区域158。空区域158允许三元气体混合物具有非混合区域。空区域158可以具有从0.l*d到10*d的高度，其中d为狭长管道140的内直径。
[0042]在一个实施方案中，突片嵌件可以安装到内壁154上，或穿透内壁154中的槽(未示出)并焊接到狭长管道140的外表面。每个突片嵌件148可以具有支撑件152，支撑件152为I形、I形、T形、U形或V形。支撑件152可以为突片嵌件148提供刚性，以阻止在由于反应器中的紊流所导致的压力变化下的形变。紊流可能导致大于5MPa、例如大于13MPa的巨大的压力增加。
[0043]在一个实施方案中，突片件150具有在流动方向上弯折的上游表面152。弯折角度可以在5°到45°之间、并且更优选地在20°到35°之间变化。下游表面可具有与上游表面近似的角度。一行内的突片嵌件可以具有大致近似的角度，例如在±5°之内，更优选地在±1°之内。相邻行之间的突片嵌件以及不同的混合区域之间的突片嵌件的角度可以不同。在一个示例性的实施例中，第一混合区域142可以具有角度为30°的突片嵌件，而第二混合区域144可以具有角度为25°的突片嵌件。在另一个示例性实施例中，第一静态混合区域142可以具有角度为30°的突片嵌件，而第二静态混合区域144可以具有角度为45°的突片嵌件。
[0044]在一个实施方案中，突片嵌件148优选没有斜面，即突片嵌件148不是扭曲的，并且其在管道140的内壁上对齐，以大致上平行于三元气体混合物的流动。在一个实施例中，突片嵌件148的倾斜度为从0°到7°，例如从0°到3°。具有大于8°的轻微倾斜度可以导致很差的混合性能，后者可能导致床的温度变化的增加和/或不期望的压降增加。
[0045]管道140内的突片嵌件148如同流体箔一样地操作，所述流体箔随着反应气体流过混合容器104而具有针对它们的上游表面150所呈现出来的较大的流体压力和针对它们的下游表面的降低的流体压力。流动校正器122提供了要接触到上游表面150的反应气体的平推流。每个突片嵌件148的相邻的和相互间反向的表面上的流体的压力差导致从每个突片嵌件148上流过的纵向流动再定位，因此导致了在通过管道140的流体的纵向流动上增加了径向的交叉流分量。每个突片嵌件的边缘上的流体流动导致流体被弯折的上游表面向内和向上偏转，从而在每个突片嵌件的尖端处产生多对反向地旋转且主要为流束式的旋涡，以及将由单个突片嵌件产生的相邻的流束式旋涡相连的下游发卡旋涡。每个这种成对的旋涡具有相互间反向的围绕着旋转轴的旋转，该旋转轴大致上沿着纵向的流束式流体流动方向且沿着两个边界表面之间的环形间隔定位。由静态混合区域142和144所产生的紊流混合产生了具有小于0.1的变化系数(CoV)的完全混合的三元气体混合物。
[0046]突片嵌件148的上游表面150的形状可以包括梯形、方形、平行四边形、半椭圆形、圆角方形或矩形。可以使用例如梯形形状的渐缩的突片嵌件。另外，突片嵌件可以轻微弯曲或成曲形。在一个实施方案中，在主流束流动的方向上，突片嵌件的纵向尺寸不超出突片嵌件的宽度的两倍。
[0047]混合容器104的尺寸可以有很大的变化，并且可以很大程度上取决于反应容器106的容量。在此处所公开的本发明的一个示例性实施例中，混合容器104具有处于从2到20的范围内(例如从2到10)的外侧长度与直径之比。
[0048]如图2所示，尽管设有两个进入端口和两个静态混合区域，然而在其他的实施例中也可以设有一个进入端口和一个静态混合器。另外，可以设有两个进入端口和一个设置在下部进入端口的近端的静态混合器。在本发明的范围内，可以使用其他的进入端口和静态混合器的构造。
[0049]三元气体混合物114可以从混合容器104进入到反应容器106的进入端口中。在一个实施方案中，可以设置一个或多个分布板120来在催化剂床上提供均匀分布的三元气体混合物。还可以结合分布板使用阻火器，以将三元气体分布在催化剂床上。优选地，分布板不应当导致大于35kPa的、例如更优选小于25kPa的反应容器中的压降。在一个实施方案中，在反应容器之内在入口下游和阻火器的上游布置有一个分布板。分布板可以具有大于进入端口并小于反应容器的最大直径的直径。分布板具有由一个或更多孔洞形成的空区域，空区域至少为分布板的面积的50%到80%。空区域可以在上游表面上具有抬升的锥形特征来扩散三元气体混合物。分布板还可以包括实心区域，该实心区域与进入端口的中心点对齐，优选居中地对齐。在一个实施方案中，分布板可以为丝网材料。
[0050]在其他的实施例中，静态混合区域可以为能生成漩涡的突片嵌件混合器。VORTAB?为适合的被动 式混合部件，其用在可从Chemineer，Inc.购得的高效率静态混合器中，作为HEV (高效漩涡)生产线的一部分。大致上，HEV混合器包括不规则四边形的突片嵌件，该突片嵌件以某角度安装到混合器壳体上，并且产生交替旋转的尖端漩涡，用来以最小的压力损耗混合所经过的流体流，同时保持与紊流相关的相对平坦的速度剖面。
[0051]用于本发明的目的的完全混合的三元气体在催化剂床的直径上具有小于0.1的变化系数(CoV)，或更优选小于0.05并且甚至更优选小于0.01的变化系数。在范围方面，CoV可以形成为0.001到0.1，或更优选地从0.001到0.05。低CoV有利地增加了反应物转换为HCN的产率。CoV定义为标准偏差σ与平均偏差μ之比。CoV理想上尽可能地低，例如小于0.1，如0.05。HCN单元可在CoV为0.1上操作，CoV为0.2也不罕见，即处于0.01到0.2或0.02到0.15的范围。然而在CoV高于0.1时，运行成本更高而HCN产率更低，例如低2%到7%，这相当于连续式商业运行中每年几百万美元的损失。完全混合的三元气体有利地增加了 HCN产率，并且回报更高产量的HCN。可以通过在催化剂床上实施大致均匀的床温度来实现性能的改善。
[0052]当CoV超出0.1时，反应气体可能处于在催化剂床的安全操作范围之外的浓度。例如，当在三元气体中的较高氧气浓度下操作时，较大的CoV可能造成氧气增加，这导致了回流。另外，当CoV较大时，催化剂床可能暴露于更多的甲烷下，这可能导致碳沉淀物的聚集。碳沉淀物可能降低催化剂寿命和性能。因此，在较大的CoV下可能会有更高的原材料消耗。
[0053]混合容器可以在从50°C到120°C的温度下操作。在混合容器中可以使用更高的温度，对反应气体进行预热。在一个实施方案中，优选的是混合容器以低于反应容器的温度操作。混合容器的操作压力可以有较大的变化，从130kPa到400kPa，并且更优选地从130kPa到300kPa。大致上讲，混合容器可以在与反应容器类似的压力下操作。[0054]反应气体在可使混合容器内的压降最小化的条件下混合。在一个实施方案中，混合容器中的压降小于35kPa，优选小于25kPa。将压降最小化可以减少三元气体的最大压力，并且因此减少潜在的爆炸情况中的压力。减小压降还将与混合相关联的能量(例如压缩能量)最小化。
[0055]反应气体供应到混合容器中以提供三元气体混合物，该三元气体混合物具有从
1.2到1.6的氨-氧摩尔比(例如从1.3到1.5)、从I到1.5的氨-甲烷摩尔比(例如从1.1到1.45)，以及从I到1.25的甲烷-氧摩尔比(例如从1.05到1.15)。例如，三元气体混合物可具有1.3的氨-氧摩尔比和1.2的甲烷-氧摩尔比。在另一个示例性实施方案中，三元气体混合物可具有1.5的氨-氧摩尔比和1.15的甲烷-氧摩尔比。三元气体混合物中的氧浓度可随这些摩尔比而变化。因此，在一些实施方案中，三元气体混合物包括至少25%体积的氧气，例如至少28%体积的氧气。在一些实施方案中，三元气体混合物包括从25%到32%体积的氧气，例如从26%到30%体积的氧气。可以使用多种控制系统来调节反应气体流。例如，可以使用能测量反应气体原料流的流速、温度和压力并允许控制系统为操作者和/或控制器件提供经压力和温度补偿的流速的“实时”反馈的流量计。
[0056]正如本领域技术人员所理解的，前述功能和/或方法可以实施为系统、方法或计算机程序产品。例如，功能和/或方法可以实施为计算机可执行的程序指令，该指令记录在计算机可读的存储器件 中，当通过计算机处理器检索和执行该指令时，其控制计算机系统以执行上述实施方案的功能和/或方法。在一个实施方案中，计算机系统可以包括一个或多个中央处理单元、计算机存储器(例如只读存储器、随机访问存储器)和数据存储器件(例如硬盘驱动器)。计算机可执行的指令可以使用任何适合的计算机编程语言(例如C++、JAVA等)来编码。相应地，本发明的一些方面可以采取整体为软件的实施方式的形式(包括固件、常驻软件、微码等)，或结合了软件方面和硬件方面的实施方式。
[0057]在一个实施方案中，当将反应气体混合时，所期望的是避免混合容器中的副反应。副反应可以包括甲烷或氨的氧化。在混合容器中还应当避免不利操作条件下的暴燃或爆炸的风险和冲击，这通过在混合容器中保持大于三元气体的火焰前缘的流动速度来实现。此处所用的用语“暴燃”指相对于未燃烧的气体在紧邻于火焰之前以亚声速传播的燃烧波。“爆炸”指相对于未燃烧的气体在紧邻于火焰之前处以超声速传播的燃烧波。暴燃典型地导致适度的压力增高，而爆炸可能导致过度的压力增高。本发明提供了一种有利的解决方案来快速和完全地将反应气体混合，同时在混合过程中将压降最小化，并且避免不想要的副反应’例如氧化和暴燃。
[0058]用于混合容器和流动校正器的构造的材料可以不同，并且可以为任何与三元气体混合物相容的材料，所述材料能够承受混合容器中的设计温度和压力而没有显著的退化，并且其不会促进三元气体混合物中的气体的反应。使用包括310SS和316SS的不锈钢造材料的构造已经达到了令人满意的结果。
[0059]在一个实施方案中，通过将那些暴露于气流的表面抛光以降低内表面的比表面积(粗糙度)来减少混合器的内部表面的催化剂活性。例如，将混合容器的内直径加工到大约125微英寸(3.2微米)的表面粗糙度可显著降低催化剂活性。
[0060]混合容器104可以设有一个或多个适合的分析仪，用来测量离开第一静态混合区域142和/或第二静态混合区域144的甲烷和氨的浓度。这种线上和线下的分析仪在现有技术中熟知。这种分析仪的非限定性的例子包括红外分析仪、傅里叶变换红外分析仪、气体色谱分析仪和质谱分析仪。类似地，第二静态混合区域144可以设置有一个或多个适合的分析仪，用来测量三元气体混合物中的氧气浓度。
[0061]在图2未示出的一个可选的实施方案中，上部入口 136和下部入口 138设置有具有自动阀门的惰性气体接头，使得必要时可以净化掉混合容器104的管线中的反应物，例如用于维护停工或反应器的停工。
[0062]在混合容器104的上游端部设置有压力释放调节器170，此处将更完全地对其进行讨论。压力释放调节器170 (例如破裂膜片)可以安装在混合容器104的通风管172中。压力释放调节器170限制了狭长管道140中的压力，并且因此限制了第一静态混合区域142和(未示出的)催化床之间所包含的总质量和势能，因此可在不利的操作条件下减少了燃烧的冲击或爆炸的风险和冲击。在一个实施方案中，压力释放调节器170具有从混合容器104的操作压力的110%到115%的压力释放设定点。
[0063]当压力释放调节器170被支撑在第一静态混合区域142的上游端以与能够延伸到堆叠174中的通风管线172连通时，得到了良好结果。因此，在混合容器104中形成的过压力下，压力释放调节器170打开，而加热过的气体从反应容器106和混合容器104中排放。可以使用氮气净化流来净化压力释放调节器170附近的蒸汽容量。
[0064]在HCN的生产中，每种反应气体分别通过适合的原料制备系统进行处理。相应的反应气体的来源可以通过任何现有技术中已知的适合的输送系统如管道、推车、舟皿或轨道等输送到每个相应的原料制备系统中。
[0065]含氧源可以由氧气原料制备系统来提供，该氧气原料制备系统包括用来调节引入到工艺过程中的含氧源的压力的装置以及用来将细颗粒从未过滤的含氧源中移除的过滤器。增加含氧源的氧气含量对于增加反应产量和减少处理装置的尺寸来说是有利的。增加空气的氧气含量也增加了通常在空气中为可燃的物质的易燃性。如果不移除原料流中所夹带的金属颗粒(例如铁或钢)和/或其他污染物以及副产物，则可能导致氧气管道的火情。可以使用任何适合的机构来从未过滤的含氧源中移除所夹带的金属颗粒和其他的污染物，所述机构例如过滤器、旋风分离器、聚结器、防雾装置以及除雾器。当含氧进气的来源要求压缩时，使用本领域技术人员已知的无油压缩机和密封设计也可以缓解污染。含氧气体可包括空气、富氧空气或纯氧。针对富氧空气，或许需要压缩机。
[0066]如这里使用的用语“空气”指成分与取自大气(通常在地面处)的气体的原始成分大致相同的气体混合物。在一些例子中，空气取自周围环境。空气具有如下组成，包括约78%体积的氮气、约21%体积的氧气、约1%体积的氩气和约0.04%体积的二氧化碳，以及少量的其它气体。
[0067]如这里使用的用语“富氧空气”指成分包含比空气中所存在的更多的氧气的气体混合物。富氧空气具有如下组成，包括大于21%体积的氧气、少于78%体积的氮气、少于1%体积的氩气和少于0.04%体积的二氧化碳。在一些实施方案中，富氧空气包括至少28%体积的氧气，例如至少80%体积的氧气、例如至少95%体积的氧气，或者至少99%体积的氧气。
[0068]利用含氧源(例如低含量的惰性气体，比如氮气)中的高氧气浓度提供了减少在其他情况中必须处理大体积的惰性氮气的下游装置的尺寸和操作成本的机会。在一个实施方案中，含氧气体包括大于21%体积的氧气，例如大于28%体积的氧气，大于80%体积的氧气，大于90%体积的氧气,大于95%体积的氧气或大于99%体积的氧气。
[0069]随着含氧源的氧气含量的提升，可以更精确地控制含甲烷源的纯度。正如本领域技术人员所理解的，甲烷的来源可以不同，并且可以从可再生的来源处获得，例如填埋的垃圾堆、农牧场、发酵的沼气，或来自化石燃料如天然气、含油气、煤气和气体水合物，如 VN Parmon “Source of Methane for Sustainable Development”，Pages273-284和Derouane, eds.Sustainable Strategies for the Upgrading of NaturalGas !Fundamentals, Challenges, and Opportunities (2003)中所进一步描述的。出于本发明的目的，甲烷纯度和含甲烷源的始终如一的组分意义重大。在一些实施方案中，该工艺可包括确定含甲烷来源的甲烷含量，以及当甲烷含量确定为小于90%体积时纯化该含甲烷来源。甲烷含量可使用基于气相色谱(包括Raman光谱)的测量来确定。甲烷含量可实时地连续测定，或当将新的含甲烷来源引入到工艺中时根据需要来确定。另外，为了达到更高的纯度，当甲烷含量高于90%体积、例如从90%体积到95%体积时，可以纯化含甲烷来源。可以采用已知的纯化技术来纯化含甲烷来源，以去除油、冷凝物、水、C2+烃(如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷及其异构体)、硫和二氧化碳。甲烷可以净化后的状态、以半净化的状态或以不纯的状态输送到HCN合成系统中。
[0070]天然气例如为甲烷的不纯状态。也就是说，天然气基本上是可用来提供在本发明的工艺中所制备的HCN的碳元素的气体。然而，除了甲烷，天然气可能包含污染物，例如硫化氢、二氧化碳、氮气、水，以及更高分子量的碳氢化合物如乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等，所有这些在存在时对HCN的生产是有害的。天然气组分可以随着来源的不同而显著不同。由管道所提供的天然气的组分也可能随着时间显著地变化，甚至在很短的时间跨度内显著变化，因为会针对管道打开或切断气体源。这种组分的变化导致难于维持最佳的和稳定的工艺性能。随着惰性负载通过含氧源的氧气富集而减少，HCN合成工艺对这些变化的敏感性变得更严重。 [0071 ] 含甲烷来源可以由甲烷原料制备系统提供，该甲烷原料制备系统包括用来浓缩甲烷并将更高分子量的碳氢化合物、二氧化碳、硫化氢和水从天然气中移除且过滤天然气以移除细粒的装置。例如，天然气的净化提供了高度浓缩有甲烷的含甲烷进气流，该含甲烷进气流具有大幅度减少的组分和燃烧值的变化度。当与含氧气体和含氨气体混合时，净化的含甲烷气体提供了这样的三元气体混合物，相比于使用未净化的含甲烷的气体原料流而言，它在HCN的合成中能更加可预测地反应。对含甲烷气体的更持续的净化和控制可稳定工艺，并且允许判定和控制甲烷/氧气和氨/氧气的最佳摩尔比，这因此导致了更高的HCN产率。
[0072]使用净化的天然气来获得含甲烷气体原料流、即包含大致上纯的甲烷的原料流以制造HCN也提升了催化剂寿命和HCN产率。尤其是，使用大致上纯的含甲烷气体:(I)减少了会对下游带来不良影响或对工艺而言无益的杂质的浓度，所述杂质例如为硫、CO2和H2O ；
(2)使得剩余的组分稳定在一致的水平，以便(a)允许下游的HCN合成最优化，以及(b)通过减轻HCN合成步骤中的大的温度偏离来而使得能够使用高度富集的或纯的含氧气体，其中所述温度偏离典型地与高级烃的含量变化有关，并且对于最佳的产量和可操作性是有害的(例如催化剂损坏、联锁和工作时间的损失)；并且(3)减少了高级烃(例如C2和高级烃)以降低合成反应中的高级腈类(例如乙腈、丙烯腈和丙腈)的形成，并且降低了移除腈类时相关的HCN产率损失。
[0073]另外，使用大致上纯的含甲烷的气体可以(I)将原料中的可变性消除或最小化(例如其将碳和氢的含量以及燃烧值稳定化)，并且因此将整个HCN合成系统100稳定化，从而允许判定和控制最佳的甲烷和氧之比以及氨和氧之比，用于稳定的操作和最有效的HCN产量；(2)将相关的温度尖峰和所导致的催化剂损坏消除或最小化；并且(3)将二氧化碳最小化，因此减少了存在于氨的再生过程中的和再生的或再循环的氨流中的二氧化碳的量，其中所述氨流来自可能位于反应容器下游的氨的再生过程。在这种氨的再生过程中和在再生的或再循环的氨流中将 二氧化碳消除或最小化减少了形成氨基甲酸酯的可能性，氨基甲酸酯的形成会导致管路和其他工艺装置的阻塞和/或污垢沉积。
[0074]在混合容器中与含氧气体和含甲烷气体混合之前，“合成的”或新鲜的氨流通过新鲜氨原料制备系统处理。大致上，新鲜氨原料制备系统的主要功能是在含氨气体引入到混合容器中之前从新鲜的氨流中移除杂质，例如水、油和铁。含氨气体中的杂质可能减少催化剂的寿命，这造成低下的反应产量。新鲜氨原料制备系统可以包括处理设备，例如蒸发器和用于“合成的”或新鲜的氨流的过滤器，以提供经处理的新鲜的氨流。
[0075]例如，可以在蒸发器中处理商业可得的液态氨，以便提供部分净化的氨蒸汽流以及包含水、铁、铁微粒和其他非挥发性杂质的第一液体流。可以使用例如氨除雾器的氨分离器来分离出现在部分净化的氨蒸汽流存在中的杂质和任何液体，从而制备经处理的新鲜的氨流(大致纯的氨蒸汽流)，以及包含有所夹带的杂质和存在于部分净化的氨蒸汽流中的任何液体氨的第二液体流。
[0076]在一个实施方案中，包含水、铁、铁微粒和其他非挥发性杂质的第一液体流输送到第二蒸发器中，其中使一部分液体流蒸发来形成第二部分净化的氨蒸汽流，以及能够作为泻流或废物流来进一步处理的包含水、铁、铁微粒和其他非挥发性杂质的更浓缩的第二液体流。第二部分净化的氨蒸汽流可以输送到氨分离器。在另一个实施方案中，包含水、铁、铁微粒和其他非挥发性杂质的更浓缩的第二液体流输送到第三蒸发器中，以在作为泻流或废物流处理之前进一步降低氨含量。
[0077]蒸发器中的泡沫形成会限制氨的蒸发率并且降低所制备的氨蒸汽的纯度。一般通过将消泡剂直接引入到蒸发器中或引入到蒸发器的原料流中来阻止泡沫形成。消泡剂属于广义上的能够消除或显著减少液体和/或液体与气体混合物的形成泡沫的能力的聚合材料和溶液。消泡剂通过减少溶液的表面张力来在搅动的液体中抑制气泡形成。消泡剂的例子包括硅树脂、有机磷酸盐和醇类。在一个实施例中，将足够量的消泡剂添加到新鲜的氨流中，以在新鲜的氨流180中将消泡剂浓度保持到从2mpm到20mpm的范围中。消泡剂的一个非限定性的例子是Unichem of Hobbs, NM (新墨西哥)所制造的UNICHEM7923。
[0078]新鲜的氨原料制备系统还可以设有过滤系统，以从所处理的新鲜的氨流中移除微粒，从而阻止反应容器中的催化剂中毒。过滤系统可以为单个的过滤器或多个过滤器。
[0079]氨也在氨再生部分中分离和再生，作为能够在再循环氨原料制备系统中单独处理的再循环氨流。再循环氨原料制备系统可以包括处理设备，用来过滤和加热再循环氨流，以产生经处理的再循环氨流。加热由管道输送的再循环氨流可协助阻止管道内壁上的沉积。经处理的再循环氨流可以与经处理的新鲜的氨流相结合。
[0080]反应容器中所发生的HCN合成反应为吸热反应，其在1000°C到1250°C范围中的反应温度下和IOOkPa到400kPa范围中的压力下进行。催化剂典型地为丝网钼/铑合金或丝网钼/铱合金。在一个方面，可在平面催化剂载体上使用85/15钼/铑合金。也可以在相比于平面催化剂载体具有更大的表面积的波纹状支撑上使用90/10钼/铑合金。可以使用其他的催化剂组分，包括但不限于钼族金属、钼族金属合金、负载型钼族金属或负载型钼族金属合金。也可以使用其他的催化剂构成，包括但不限于有孔结构、丝网、突片嵌件、球体、块体、泡沫状、浸溃涂层和清洗涂层。催化剂负载在反应容器中，直到处于0.7到1.4 (g催化剂)/ (kg原料气体/小时)范围中的催化剂负载。三元气体混合物在反应容器中与催化剂接触，从而提供含氰化氢的反应产物。
[0081]在一个实施方案中，能够将加热的三元气体转化成HCN的催化剂床由支撑组件来支撑，所述支撑组件由能够减少硅化钼形成且优化反应器管道的热应力抗性和污垢沉积的材料形成。催化剂支撑组件大致上相邻于催化剂床布置。阻火器在空间上布置在催化剂床之上，以在那里提供空间。阻火器可熄灭任何内部反应室内的由于回流所导致的上游燃烧。陶瓷泡沫沿着限定了内部反应室和催化剂的壳体的内壁的至少一部分布置。当反应器关闭时，陶瓷泡沫将由于催化剂收缩所导致的原料气体的旁流最小化。布置在催化剂床之上的陶瓷泡沫用于在反应器的操作过程中将三元气体的体积最小化、减少压降并且抑制自由基的形成。在壳体的每个出口中布置有套圈，其提供了催化剂床和余热锅炉的上方部分之间的流体连通。具有大致蜂窝状构造的下部支撑件大致相邻于催化剂支撑件的下表面布置，用来减少横跨下部支撑件的压降。
[0082]阻火器可以由任何合适的现有技术中已知的材料来制造，只要阻火器能够执行下述功能中的任一种:(I)在存在来自催化剂床的回流的情况中熄灭上游的燃烧；(2)作为流动分布器以保证在催化剂床上的均匀流动和消除可能回流的低气体速度的区域；(3)作为空间填充器来减少反应器中的反应物体积，以将那里的势能最小化；和/或在热催化剂床和反应器的上部部分中的三元气体混合物之间提供热绝缘。所采用的阻火器可以由这样的材料制造，所述材料(I)具有最小催化效应；(2)在制造HCN所采用的温度下是热稳定的；
(3)不会分解氨；和(4)不会触发氧化。在构造阻火器时可以采用的材料的例子为处于任何稳定形式的陶瓷耐火材料，包括但不限于:陶瓷丸体、陶瓷泡沫、陶瓷纤维覆层、硅铝耐火材料、非纺织覆层以及它们的组合等。适合的陶瓷耐火材料组合物的非限定性例子包括90%重量的矾土、94%重量的矾土和95%重量的矾土。另外，当使用丸体作为材料来构造阻火器时，丸体的尺寸和形状可以不同，只要阻火器中所使用的丸体能够执行上述功能。
[0083]需要理解的是，阻火器的使用显著地减少了所加热的三元气体混合物通过从暴燃到爆炸的转换变成为易爆的可能性。例如，如果判定304kPa和100°C下三元气体混合物的火焰速度为1.2m/sec，则通过阻火器、例如包含3/8英寸(9.5_)直径的丸体的丸状床的经预热的三元气体混合物的表观速度应该明显大于1.2m/sec，凭此阻止了火焰传播通过丸状床。虽然丸状床中所使用的丸体的尺寸可以广泛地不同，然而丸体的直径尺寸一般为从1/8英寸到1/2英寸(3mm到13mm)。
[0084]阻火器的特征(例如丸状床的深度)选择为使得经预热的三元气体混合物在阻火器上的压降被三元气体混合物的增加的速度以及阻火器和催化剂床之间的减少的敞开空间平衡掉，从而将在暴燃中释放的潜在能量最小化，而不会明显地有损于到混合容器中的压力释放器件的回流。在一个实施例中，丸状床的深度至少为0.4m。[0085]从上述说明中可以清楚，本发明能很好地适合于实现目标并达到这里所提及的优势以及本公开所固有的优势。虽然出于本公开的目的已经描述了本发明的优选的实施方案，然而可以理解的是，可以进行对于本领域技术人员而言显而易见的并且能够在本发明的精神下所完成的改变。
[0086]本发明可以参照下述例子来进一步理解。
[0087]例1
[0088]如图2所示，如图3A-3B所示的具有四个径向板和棱锥形中间体的流动校正器设置于混合容器中的静态混合区域的上游(即静态混合区域中的突片嵌件的上游)以及含氧气体的环形入口的下游。混合容器具有25.4cm的直径以及214.4cm的长度。也具有四个径向板和棱锥形中间体的第二流动校正器设置于混合容器中的第二静态混合区域的上游以及甲烷气体和氨气入口的下游。各流动校正器为10.2cm高和0.95cm厚。各流动校正器由310SS构造而成，并具有焊接到混合容器的内侧的圆形环。流动校正器阻止了会促进不良混合的旋转流。棱锥形中间体挡住了混合容器的中部，从而防止反应气体不经混合便流过混合容器。各静态混合器均具有突片嵌件。混合容器在低能量的状况下运行，压降小于35kPa。在以1.2的甲烧-氧摩尔比和1:1.5的氨-氧摩尔比输送反应气体之后,三元气体混合物包含大约28.5%体积的氧。作为混合的结果，三元气体混合物具有小于0.1的CoV。三元气体混合物进入到具有阻火器和含85/15钼/铑催化剂的催化剂床的相邻的反应容器中。在反应条件下，催化剂床在床两侧具有15°C到25°C的床温度变化。该床温度变化将表明了完全混合的气体混合物。
[0089]例2
[0090]混合容器在与例I中类似的条件下运行，不同之处在于各流动校正器具有如图4A/4B所示的圆锥形中间体。该流动校正器实现了与例I相同的效果。
[0091]对比例A
[0092]对照的混合容器具有与例I相同的混合容器，但是没有流动校正器。反应气体的旋转会导致不良的混合。另外，反应气体会不经混合地流过混合容器的中心。三元气体混合物由与例I相同的反应物比例来形成，并包含约28.5%体积的氧气。在类似的反应条件下，催化剂床中的在床两侧的床温度变化较大，为35°C到100°C。在没有流动校正器的情况下三元气体混合物流存在混合不良。床温度的增加降低了氰化氢的产率，并且因催化剂床中的裂化而提高了反应物的旁流。
[0093]对比例B
[0094]对照的混合容器具有与例I相同的混合容器，然而流动校正器未设中间体。反应气体会不经混合地流过混合容器的中心。三元气体混合物由与例I相同的反应物比例来形成，并包含约28.5%体积的氧气。在与例I类似的反应条件下，催化剂床中的在床两侧的床温度变化较大，为35°C到100°C。在没有中间体的情况下三元气体混合物流存在混合不良。床温度的增加降低了氰化氢的产率，并且因催化剂床中的裂化而提高了反应物的旁流。
[0095]对比例C
[0096]对照的混合容器具有与例I相同的混合容器，然而在含氧气体的环形入口的下游未设流动校正器。一旦氧气与甲烷和氨相结合，就无法阻止反应气体的旋转。三元气体混合物由与例I相同的反应物比例来形成，并包含约28.5%体积的氧气。在与例I类似的反应条件下，催化剂床中的在床两侧的床温度变化较大，为35°C到100°C。在氧气的环形入口的下游未设流动校正器的情况下三元气体混合物流存在混合不良。床温度的增加降低了氰化氢的产率， 并且因催化剂床中的裂化而提高了反应物的旁流。
【权利要求】
1.一种用于制备氰化氢的方法，包括: (a)将含甲烷气体、含氨气体、含氧气体和它们的混合物引导至狭长管道中以形成气体混合物； (b)使用流动校正器来校正气体混合物的流动，以形成三元气体混合物，其中所述流动校正器包括安装到中间体上的一个或多个径向板体，其中所述一个或多个径向板体在狭长管道中纵向延伸，并且中间体从上游点向下游基底向外地渐变；以及 (C)使所述三元气体混合物与催化剂床中的催化剂接触，以提供包含氰化氢的反应产物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三元气体混合物在催化剂床两侧保持15°C到25 °C的床温度变化。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在流动校正器上保持大致均匀的速度分布。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三元气体混合物包含至少25%体积的氧气。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氧气体包括至少80%体积的氧气。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氧气体包括纯氧。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含甲烧气体、含氨气体和含氧气体在狭长管道中混合，在混合过程中压降小于35kPa。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过多个静态混合元件来实现混合。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三元气体混合物在催化剂床的直径上具有小于0.1的变化系数。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，三元气体混合物大致上没有旋转。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间体为棱锥形。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间体的下游基底为圆形、三角形、方形、菱形、矩形、五角形或六角形。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个径向板体具有基本光滑的表面。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中间体同心地定位于狭长管道内。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流动校正器包括不锈钢。
【文档编号】C01C3/02GK103964470SQ201310681669
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2012年12月18日
【发明者】约翰·C·卡顿, 布兰特·J·斯塔尔曼, 洛基·王 申请人:英威达科技公司