一种撤热水管、流化床反应器及其在丙烯腈制造中的应用的制作方法

本发明涉及一种流化床反应器和撤热水管，所述撤热水管特别适合设置在所述流化床反应器中。本发明进一步涉及所述流化床反应器和所述撤热水管在丙烯腈制造中的应用。

背景技术：

1、丙烯腈是石油化工的重要化工原料。世界各国普遍采用丙烯氨氧化一步法生产丙烯腈，即在流化床氨氧化催化剂作用下，在一定的反应温度和压力下，丙烯氨氧化生成丙烯腈，同时副产乙腈、氢氰酸等，也会有co、co2深度氧化产物的生成。该反应为强放热反应，反应过程中伴随着大量的热量产生。

2、典型的丙烯腈流化床反应器内构件包括丙烯氨分布器、空气分布板、撤热水管(也称为冷却盘管)及旋风分离器，其中撤热水管及旋风分离器的料腿作为流化床的垂直构件位于催化剂床层中。撤热水管可以将大量产生的反应热及时移出反应系统，并将反应温度维持在一个稳定的状态，而旋风分离器捕获随气体向上运动时所夹带的催化剂，并将催化剂通过料腿返送回催化剂床层，以减少催化剂跑损。

3、图1示出一种丙烯腈流化床反应器，其主要内构件包括：含氧气体分布板、丙烯氨分布器、撤热管、旋风分离器。在如图1所示的现有技术的丙烯腈反应器中，需总撤热管的85％甚至更多的撤热管都处于工作状态，即这些撤热管内均通有相对反应温度来说的冷的撤热介质，通过撤热介质的热交换，才能维持反应温度的稳定。此外，反应过程中往往通过切换撤热管来达到微调反应器温度的目的。然而，随意切换撤热管往往难以获得理想的调节效果。

技术实现思路

1、在现有技术的丙烯腈流化床反应器中，处于空管状态的撤热管比较少，可以在工作状态和空管状态之间切换的撤热管非常有限。随着装置运行周期的延长，撤热管表面的mo垢附着更多，热传导效率下降，需更多的撤热管处于工作状态才能维持反应温度的稳定。另一方面，当设置较多撤热管时，由于需要在反应器壁上增加用于使向撤热管输送撤热介质的管路通过的开口，因此存在影响反应器壁强度的担忧。另一方面，在利用流化床反应器进行丙烯氨氧化反应来制造丙烯腈时，丙烯氨氧化反应为气-固非均相催化反应，气体在反应器内的流动状况不同于自由鼓泡床，气体通过分布板产生的气泡会随着床层的升高而变大。本发明的发明人发现，垂直内构件的存在有助于打破气泡，相比于大的气泡，小气泡更有利于传质的进行，提高有效产物的生成。本发明的发明人进一步发现，撤热水管除了其自身的基本功能外，作为垂直构件还有破碎气泡的作用,也有助于降低气固相的返混程度，减少深度氧化产物的生成。这些垂直构件在反应器截面上的分布情况直接关系到能否有效地限制气泡变大或者破碎气泡，也即直接影响到反应结果。另一方面，随着丙烯腈流化床反应器产能的增加，反应器内撤热段的撤热水管的数量也随之增加。由于需要穿过反应器壁向撤热水管内供应撤热介质，因此，反应器壁上的开口数量也相应增加，而过多的开口或过大的开口面积将会导致反应器壁强度的下降。本发明基于该发现而完成。

2、具体而言，本发明涉及以下方面的内容：

3、1.一种撤热管组，用于从反应器中撤走热量或者向所述反应器提供热量，包括至少1个第一撤热管，该第一撤热管包括：

4、第一入口主管，该第一入口主管从所述反应器外部穿过所述反应器的反应器壁进入反应器内部；和

5、至少2个与所述第一入口主管流体连通的第一支管，任意一个所述第一支管包括至少两个相邻的(优选的与所述反应器的纵轴平行的)直管和用于使所述至少两个直管串联并流体连通的连接管件，

6、其中，设任意一个所述第一支管中的全部所述直管的在垂直于各自纵轴的横截面上的截面积的平均值为该第一支管的截面积，则所述第一入口主管的垂直于该第一入口主管的纵轴的截面积与全部所述第一支管的横截面积之和的比值为0.5～1，优选为0.55～0.95，更优选为0.6～0.9。

7、2.前述或后述任一项所述的撤热管组，

8、所述第一支管的数量为2～8个，优选为2～6个，更优选为2～4个，和/或

9、任意一个所述第一支管包括2～20个所述直管，优选为2～16个，更优选为2～12个。

10、3.前述或后述任一项所述的撤热管组，

11、全部所述第一支管中的所述直管的总数为4～160个，优选为4～140个，更优选为4～120个。

12、4.前述或后述任一项所述的撤热管组，还包括至少1个第二撤热管，该第二撤热管包括：

13、第二入口主管，该第二入口主管从所述反应器外部穿过所述反应器的反应器壁进入反应器内部；和

14、1个与所述第二入口主管流体连通的第二支管，所述第二支管包括至少两个相邻的(优选的与所述反应器的纵轴平行的)直管和用于使所述至少两个直管串联并流体连通的连接管件，

15、其中，设所述第二支管中的全部所述直管的在垂直于各自纵轴的横截面上截面积的平均值为该第二支管的截面积，则所述第二入口主管的垂直于该第二入口主管的纵轴的截面积与所述第二支管的截面积之比为1.0～1.7，优选为1.05～1.4，更优选为1.1～1.25。

16、5.前述或后述任一项所述的撤热管组，

17、所述第二支管包括2～20个所述直管，优选为2～16个，更优选为2～12个。

18、6.前述或后述任一项所述的撤热管组，所述第一支管的数量占所述第一支管和所述第二支管总数的66％以下，优选为50％以下，还更优选为33％以下。

19、7.前述或后述任一项所述的撤热管组，包括至少1个第三撤热管，该第三撤热管包括：

20、第一出口主管，该第一出口主管从所述反应器内部穿过所述反应器的反应器壁到达反应器外部，和

21、至少2个与所述第一出口主管流体连通的第三支管，任意一个所述第三支管包括至少两个相邻的(优选的所述反应器的纵轴平行的)直管和用于使所述至少两个直管串联并流体连通的连接管件，

22、其中，设任意一个所述第三支管中的全部所述直管的在垂直于各自纵轴的横截面上截面积的平均值为该第三支管的截面积，则所述第一出口主管的垂直于该第一出口主管的纵轴的截面积与全部所述第三支管的横截面积之和的比值为0.5～1，优选为0.55～0.95，更优选为0.6～0.9。

23、8.前述或后述任一项所述的撤热管组，

24、所述第三支管的数量为2～8个，优选为2～6个，更优选为2～4个，和/或

25、任意一个所述第三支管包括2～20个所述直管，优选为2～16个，更优选为2～12个。

26、9.前述或后述任一项所述的撤热管组，

27、全部所述第三支管中的所述直管的总数为4～160个，优选为4～140个，更优选为4～120个。

28、10.前述或后述任一项所述的撤热管组，还包括至少1个第四撤热管，该第四撤热管包括：

29、第二出口主管，该第二出口主管从所述反应器内部穿过所述反应器的反应器壁到达反应器外部；和

30、1个与所述第二出口主管流体连通的第四支管，所述第四支管包括至少两个相邻的(优选的与所述反应器的纵轴平行的)直管和用于使所述至少两个直管串联并流体连通的连接管件，

31、其中，设所述第四支管中的全部所述直管的在垂直于各自纵轴的横截面上截面积的平均值为该第四支管的截面积，并且所述第二出口主管的垂直于该第二出口主管的纵轴的截面积与所述第四支管的截面积之比为1.0～1.7，优选为1.05～1.4，更优选为1.10～1.25。

32、11.前述或后述任一项所述的撤热管组，

33、所述第四支管包括2～20个所述直管，优选为2～16个，更优选为2～12个。

34、12.前述或后述任一项所述的撤热管组，与所述第一出口主管流体连通的所述第三支管的数量占所述第三支管和所述第四流体支管的总数的66％以下，优选为50％以下，还更优选为33％以下。

35、13.前述或后述任一项所述的撤热管组，所述第一支管、所述第二支管、所述第三支管和所述第四支管中的至少一个的各直管的外径各自独立地为80-180mm，优选90-170mm，和/或，各直管的内径各自独立地为60-150mm，优选70-140mm，和/或，各直管的长度各自独立地为4.0-13m，优选5.5-12.0m，和/或,所述第一入口主管和所述第一出口主管的外径各自独立地为100-270mm，优选为110-250mm，和/或，所述第一入口主管和所述第一出口主管的内径各自独立的80-250mm，优选为90-230mm，和/或,所述第二入口主管和所述第二出口主管的外径各自独立地为100-270mm，优选为110-250mm，和/或，所述第二入口主管和所述第二出口主管的内径各自独立的80-250mm，优选为90-230mm。

36、14.一种撤热管组，用于从反应器中撤走热量或者向所述反应器提供热量，包括：

37、至少1个第一入口主管，该第一入口主管穿过所述反应器的反应器壁进入反应器内部，

38、至少1个第一出口主管，该第一出口主管穿过所述反应器的反应器壁进入反应器内部，以及

39、至少2个支管，任意一个所述支管包括至少2个相邻的、与所述反应器的纵轴平行的直管和用于使所述至少2个直管串联并流体连通的连接管件，其中

40、任意1个所述第一入口主管与2个以上所述支管流体连通，并且

41、任意1个所述第一出口主管与2个以上所述支管流体连通，

42、其中，设任意一个与所述第一入口主管连通的支管中的全部所述直管的在垂直于各自纵轴的横截面上截面积的平均值为该支管的截面积，则所述第一入口主管的垂直于该第一入口主管的纵轴的截面积与全部与该第一入口主管流体连通的支管的横截面积之和的比值为0.5～1，优选为0.55～0.95，更优选为0.6～0.9，并且

43、其中，设任意一个与所述第一出口主管连通的支管中的全部所述直管的在垂直于各自纵轴的横截面上截面积的平均值为该支管的截面积，则所述第一出口主管的垂直于该第一出口主管的纵轴的截面积与全部与该第一出口主管流体连通的支管的横截面积之和的比值为0.5～1，优选为0.55～0.95，更优选为0.6～0.9。

44、15.前述或后述任一项所述的撤热管组，

45、所述支管的数量为2～8个，优选为2～6个，更优选为2～4个，和/或

46、任意一个所述支管包括2～20个所述直管，优选为2～16个，更优选为2～12个。

47、16.前述或后述任一项所述的撤热管组，

48、全部所述支管中的所述直管的总数为4～160个，优选为4～140个，更优选为4～120个。

49、17.权利要求14所述的撤热管组，还包括：

50、至少1个第二入口主管，和

51、至少1个第二出口主管，其中

52、任意1个所述第二入口主管与1个所述支管流体连通，并且

53、任意1个所述第二出口主管与1个所述支管流体连通，

54、其中，任意一个所述第二入口主管的垂直于该第二入口主管的纵轴的横截面积与与该第二入口主管流体连通的支管的中的全部所述直管的在垂直于各自纵轴的横截面上平均横截面积之比为1.0～1.7，优选为1.05～1.4，更优选为1.10～1.25，并且

55、其中，任意一个所述第二出口主管的垂直于该第二出口主管的纵轴的横截面积与与该第二出口主管流体连通的支管的中的全部所述直管的在垂直于所述反应器的纵轴的横截面上平均横截面积之比为1.0～1.7，优选为1.05～1.4，更优选为1.10～1.25。

56、18.前述或后述任一项所述的撤热管组，与所述第一出口主管流体连通的所述支管的数量占所述支管的总数的66％以下，优选为50％以下，还更优选为33％以下。

57、19.前述或后述任一项所述的撤热管组，所述支管的各直管的外径各自独立地为80-180mm，优选90-170mm，和/或，各直管的内径各自独立地为60-150mm，优选70-140mm，和/或，各直管的长度各自独立地为4.0-13m，优选5.5-12.0m，和/或,所述第一入口主管和所述第一出口主管的外径各自独立地为100-270mm，优选为110-250mm，和/或，所述第一入口主管和所述第一出口主管的内径各自独立的80-250mm，优选为90-230mm，和/或,所述第二入口主管和所述第二出口主管的外径各自独立地为100-270mm，优选为110-250mm，和/或，所述第二入口主管和所述第二出口主管的内径各自独立的80-250mm，优选为90-230mm。

58、20.一种反应器，该反应器包括前述或后述任一项所述的撤热管组，并且，所述第一入口主管、所述第二入口主管、所述第一出口主管和所述第二出口主管中的任意一个穿过所述反应器的器壁并通过连接件与所述器壁气密连接。

59、21.一种反应器的撤热方法，使用前述或后述任一项所述的撤热管组由所述反应器中回收反应所产生的热量，或者使用权利要求1-11任意一项所述的撤热管组向所述反应器提供反应所需的热量。

60、22.前述或后述任一项所述的撤热管组在用于烯烃(比如丙烯)氧化法或氨氧化法制造环氧化合物(比如环氧丙烷)或不饱和腈(比如丙烯腈)的流化床反应器中的用途。

61、23.一种不饱和腈的制造方法，包括在流化床反应器中使烯烃(比如丙烯)发生氨氧化反应而生成不饱和腈(比如丙烯腈)的步骤，所述流化床反应器包括前述或后述任一项所述的撤热管组。