使用靜態(tài)混合器來制造氰化氫的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于制備氰化氫的方法，屬于氰化氫制備領(lǐng)域。所述方法包括：將含甲烷氣體、含氨氣體和含氧氣體引入到狹長(zhǎng)管道中以制造三元?dú)怏w混合物，所述狹長(zhǎng)管道包括一個(gè)或多個(gè)具有至少一個(gè)非連續(xù)槽的靜態(tài)混合區(qū)域，突片嵌件通過所述非連續(xù)槽插入，并固定到所述狹長(zhǎng)管道的外表面上；以及使三元?dú)怏w混合物與催化劑床中的催化劑接觸，從而提供包含氰化氫的反應(yīng)產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明的方法具有良好的氣體混合效果。
【專利說明】使用靜態(tài)混合器來制造氰化氫的方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求享有于2012年12月18日提交的美國申請(qǐng)61/738，657的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容和公開結(jié)合于本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及用于制造氰化氫的方法，并且更確切地說涉及一種用于制造與催化劑相接觸的完全混合的三元?dú)怏w的靜態(tài)混合器，以及使用和制造該靜態(tài)混合器的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]傳統(tǒng)地，氰化氫(HCN)通過Andrussow法或BMA法來進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的生 產(chǎn)(例如參見 Ullman’ s Encyclopedia of Indusrial Chemistry, VolumeA8, Weinheiml987, P.161-163)。例如在Andrussow法中，可以在適合的催化劑存在下在反應(yīng)器中使氨與含甲烷的氣體和含氧氣體在高溫下反應(yīng)來商業(yè)化地制備HCN (美國專利1，934，838和6，596，251)。硫化合物和甲烷的高級(jí)同系物可能會(huì)影響甲烷的氧化氨解的參數(shù)° 例如參見 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。通過使反應(yīng)器流出氣流在氨吸收器中與磷酸銨水溶液相接觸來將未反應(yīng)的氨與HCN分離。將分離的氨純化和濃縮，用于再循環(huán)到HCN的轉(zhuǎn)化中。通常通過將其吸收到水中來從處理后的反應(yīng)器流出氣流中回收HCN。所回收的HCN可以通過進(jìn)一步的提煉工 序來處理，以制備純化的HCN。文獻(xiàn)Clean Development MechanismProject Design Document Form(CDM PDD, Version3), 2006 圖不性地解釋了 Andrussow HCN制造法。純化的HCN可用于氫氰化反應(yīng)，如含有烯烴的基團(tuán)的氫氰化或者1，3-丁二烯和戊烯腈的氫氰化，上述的氫氰化可用于制造己二腈(“ADN”)。在BMA法中，HCN在實(shí)質(zhì)上沒有氧并在鉬催化劑存在的條件下由甲烷和氨合成，其結(jié)果是產(chǎn)生了 HCN、氫氣、氮?dú)?、殘留的氨和殘留的甲?如參見:Ullman’ s Encyclopedia of Industrial Chemistry, VolumeA8，Weinheiml987，P161-163)。商業(yè)經(jīng)營者要求工藝安全管理，以控制氰化氫的危險(xiǎn)的性質(zhì)(參見 Maxwell 等人，Assuring process safety in the transfer of hydrogen cyanidemanufacturing technology, JHazMatl42 (2007 年)，677-684)。另外，HCN 制造工藝中的來自生產(chǎn)設(shè)備的排放可能要遵守法規(guī)，這可能影響HCN生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。(參見Crump, EconomicImpact Analysis For The Proposed Cyanide Manufacturing NESHAP, EPA, May2000 年)。
[0005]在制造HCN時(shí)，將氨氣、含甲烷的氣體和含氧氣體混合，以形成輸送到反應(yīng)器中的三元?dú)怏w混合物。由于HCN工藝包含若干反應(yīng)氣體，這些反應(yīng)氣體在接觸到催化劑之前進(jìn)行混合是有利的。然而，當(dāng)進(jìn)行反應(yīng)氣體的在先混合時(shí)，或許會(huì)出現(xiàn)與氣體的反應(yīng)性相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。美國專利2，803，522公開了用于含氧氣體和氨的混合器。美國專利3，063，803公開了與反應(yīng)器相連的可分離式安裝的氣體混合室。美國專利3，215，495公開了位于氣體混合室之內(nèi)的用于混合反應(yīng)氣體的內(nèi)部擋板。內(nèi)部擋板可能會(huì)牽涉到相對(duì)高的壓降。最近已經(jīng)提出了將混合室置于反應(yīng)器之內(nèi)，如美國專利公開2011/0171101所述。該構(gòu)造要求位于反應(yīng)器之內(nèi)的氣體可滲透的層和若干混合板。
[0006]這些在先的用于HCN制造的混合室不足以產(chǎn)生完全混合的三元?dú)怏w，因此導(dǎo)致生產(chǎn)率損失，并且增加了反應(yīng)氣體和HCN的分離。
[0007]美國專利8，133，458公開了用于將甲烷、氨、氧氣和堿金屬或堿土金屬的氫氧化物轉(zhuǎn)換成堿金屬或堿土金屬的氰化物的反應(yīng)器，這通過兩級(jí)反應(yīng)來進(jìn)行，包括具有氣體入口的第一級(jí)，其中第一級(jí)由具有分布板 的錐體形成，分布板在整個(gè)催化劑材料上提供了均勻的氣體分布，其中分布板置于反應(yīng)器的氣體入口和催化劑材料之間，并且分布板貫穿有多個(gè)孔，分布板在氣體的流動(dòng)方向上彼此間隔開，第一分布板主要用來分布?xì)怏w，而最后的分布板用作熱輻射防護(hù)物和朝向催化劑材料的分布板，并且催化劑材料呈現(xiàn)為通過催化劑重量固定的催化劑網(wǎng)的形式。
[0008]已經(jīng)使用了其它的靜態(tài)混合器來混合反應(yīng)氣體。美國專利4，929，088公開了一種靜態(tài)混合設(shè)備，其適合于插入到相對(duì)于封閉的管道具有主流動(dòng)方向的流體流中，該設(shè)備包括至少兩個(gè)突片嵌件(tab)，該突片嵌件在流動(dòng)方向上相對(duì)于管道表面以位于10°和45°之間的預(yù)選的抬升角度傾斜。美國專利6，000, 841公開了一種靜態(tài)混合器管道，其包括具有突片嵌件的縱向延長(zhǎng)的管道，突片嵌件設(shè)置成具有各自的相鄰于管道壁的第一邊緣，以及各自的與管道壁徑向向內(nèi)間隔開的相對(duì)的第二邊緣。大致上，靜態(tài)混合器足以傳遞流體流，同時(shí)保持相對(duì)平坦的與紊流相關(guān)的速度剖面，但是其難于安裝和維護(hù)。
[0009]因此，所需的是適用于HCN生產(chǎn)的反應(yīng)氣體的改善的混合，并使其易于安裝和維護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在第一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種用于制備氰化氫的反應(yīng)組件，包括:(a)混合容器，其包括狹長(zhǎng)管道，該狹長(zhǎng)管道具有處于狹長(zhǎng)管道的近端處的出口、第一進(jìn)入端口和第二進(jìn)入端口，各進(jìn)入端口用于將至少一種反應(yīng)氣體引入到混合容器中，所述反應(yīng)氣體選自由含甲烷氣體、含氨氣體、含氧氣體及其混合物所構(gòu)成的組，其中，第二進(jìn)入端口處于第一進(jìn)入端口的下游，混合容器還包括第一靜態(tài)混合區(qū)域，其包括一個(gè)或多個(gè)第一行的非連續(xù)槽，一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的突片嵌件通過這些槽插入，并固定到狹長(zhǎng)管道的外表面上，其中第一靜態(tài)混合區(qū)域相鄰于第一進(jìn)入端口，混合容器還包括第二靜態(tài)混合區(qū)域，其包括一個(gè)或多個(gè)第二行的非連續(xù)槽，一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的突片嵌件通過這些槽插入，并固定到狹長(zhǎng)管道的外表面上，其中第二靜態(tài)混合區(qū)域相鄰于第二進(jìn)入端口，各個(gè)相應(yīng)的突片嵌件具有相對(duì)于流動(dòng)方向成角度的上游表面，并且第一和第二靜態(tài)混合區(qū)域提供了所述至少一種反應(yīng)氣體的交叉流混合，以產(chǎn)生三元?dú)怏w混合物jP(b)反應(yīng)容器，其包括與出口操作性相連的用來接收三元?dú)怏w混合物的反應(yīng)器入口，以及包括用于生產(chǎn)氰化氫流的催化劑的催化劑床。第一靜態(tài)混合區(qū)域中的行數(shù)可以為I到10，第二靜態(tài)混合區(qū)域中的行數(shù)可以為I到10。第一行和第二行均可具有I到10個(gè)非連續(xù)槽。第二靜態(tài)混合區(qū)域中的行數(shù)可以大于或等于第一靜態(tài)混合區(qū)域中的行數(shù)。相應(yīng)的突片嵌件可以具有相對(duì)于管道內(nèi)壁為5到45度的角度。反應(yīng)組件還可以包括一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)校正器，其位于第一靜態(tài)混合區(qū)域的上游，用于將至少一種反應(yīng)氣體的流動(dòng)校正，其中該一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)校正器均具有中間體。反應(yīng)組件還可以包括位于第二靜態(tài)混合區(qū)域上游以將至少一種反應(yīng)氣體的流動(dòng)校正的一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)矯正器，其中該一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)矯正器均具有中間體。非連續(xù)槽可以為I形、I形、T形、U形或V形。兩個(gè)或多個(gè)第一行中的非連續(xù)槽可以橫向地對(duì)齊。兩個(gè)或多個(gè)第二行中的非連續(xù)槽可以橫向地對(duì)齊。狹長(zhǎng)管道內(nèi)的每個(gè)相應(yīng)的突片嵌件可以不平行于流動(dòng)方向。每個(gè)相應(yīng)的突片嵌件可以具有后緣，后緣具有30到90度的角度。每個(gè)相應(yīng)的突片嵌件可以具有O到7度的傾斜度。每個(gè)相應(yīng)的突片嵌件可以具有50到250cm2的表面積。每個(gè)相應(yīng)的突片嵌件可包括310SS或316SS。
[0011]本發(fā)明的第二實(shí)施例中涉及一種用于制備氰化氫的反應(yīng)組件，包括:(a)混合容器，其包括狹長(zhǎng)管道，該狹長(zhǎng)管道具有處于狹長(zhǎng)管道的近端處的出口、第一進(jìn)入端口和第二進(jìn)入端口，各進(jìn)入端口用于將至少一種反應(yīng)氣體引入到混合容器中，所述反應(yīng)氣體選自由含甲烷氣體、含氨氣體、含氧氣體及其混合物所構(gòu)成的組，其中，第二進(jìn)入端口處于第一進(jìn)入端口的近端，混合容器還包括第一靜態(tài)混合區(qū)域，其包括一個(gè)或多個(gè)第一行的非連續(xù)槽，一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的突片嵌件(具有第一角度)通過這些槽插入，并固定到狹長(zhǎng)管道的外表面上，其中第一靜態(tài)混合區(qū)域相鄰于第一進(jìn)入端口，混合容器還包括第二靜態(tài)混合區(qū)域，其包括一個(gè)或多個(gè)第二行的非連續(xù)槽，一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的突片嵌件(具有第二角度)通過這些槽插入，并固定到狹長(zhǎng)管道的外表面上，其中第二靜態(tài)混合區(qū)域相鄰于第二進(jìn)入端口和/或處于第二進(jìn)入端口的近端，其中第一角度不同于第二角度，并且第一和第二靜態(tài)混合區(qū)域提供了所述至少一種反應(yīng)氣體的交叉流混合，以產(chǎn)生三元?dú)怏w混合物jp(b)反應(yīng)容器，其包括與出口操作性相連的用來接收三元?dú)怏w混合物的反應(yīng)器入口，以及包括用于生產(chǎn)氰化氫流的催化劑的催化劑床。第一角度和第二角度可以為5到45度。第一角度可為30度并大于第二角度。第一角度可為30度并小于第二角度。
[0012]本發(fā)明的第三實(shí)施 例涉及一種用于制備氰化氫的方法，包括:將含甲烷氣體、含氨氣體和含氧氣體引入到狹長(zhǎng)管道中以制造三元?dú)怏w混合物，所述狹長(zhǎng)管道包括一個(gè)或多個(gè)具有至少一個(gè)非連續(xù)槽的靜態(tài)混合區(qū)域，突片嵌件通過所述非連續(xù)槽插入，并固定到所述狹長(zhǎng)管道的外表面上；以及使三元?dú)怏w混合物與催化劑床中的催化劑接觸，從而提供包含氰化氫的反應(yīng)產(chǎn)物。引入的步驟包括:使含甲烷氣體和含氨氣體在第一靜態(tài)混合區(qū)域中混合以形成二元?dú)怏w混合物，所述第一靜態(tài)混合區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)第一行的非連續(xù)槽；以及使含氧氣體和二元?dú)怏w混合物在第二靜態(tài)混合區(qū)域中混合以形成三元?dú)怏w混合物，其中所述第二靜態(tài)混合區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)第二行的非連續(xù)槽。三元?dú)怏w混合物在催化劑床的直徑上可具有小于0.1的變化系數(shù)，優(yōu)選地在催化劑床的直徑上具有小于0.05的變化系數(shù)。該方法還可包括使含甲烷氣體、含氨氣體或含氧氣體在一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)混合區(qū)域之前流經(jīng)流動(dòng)校正器，其中所述流動(dòng)校正器具有中間體。突片嵌件在插入后相對(duì)于管道的內(nèi)壁可具有5到45度的角度。狹長(zhǎng)管道可具有4到24個(gè)非連續(xù)槽。非連續(xù)槽可為I形、I形、T形、U形或V形。突片嵌件可通過形成于狹長(zhǎng)管道的外表面上的焊接接頭而固定在非連續(xù)槽上。狹長(zhǎng)管道中的壓降可小于35kPa。突片嵌件可具有O到7度的傾斜度。突片嵌件可具有能夠在狹長(zhǎng)管道內(nèi)的壓力變化下保持一定角度的剛性。在該方法中，三元?dú)怏w混合物包括至少25%體積的氧氣。三元?dú)怏w混合物具有1.2到1.6的氨-氧摩爾比和I到1.25的甲烷-氧摩爾比。混合容器可在50到120°C的溫度下操作。在一些方面，不使用焊接或粘合來從內(nèi)腔固定突片嵌件。[0013]本發(fā)明的第四實(shí)施例涉及一種用于制備氰化氫的方法，包括:通過第一進(jìn)入端口將至少一種反應(yīng)氣體引入到狹長(zhǎng)管道中，該至少一種反應(yīng)氣體選自由含甲烷氣體、含氨氣體及其混合物所構(gòu)成的組；使反應(yīng)氣體在第一靜態(tài)混合區(qū)域中混合，第一靜態(tài)混合區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)第一行的非連續(xù)槽，一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的突片嵌件通過這些槽插入，并固定于狹長(zhǎng)管道的外表面上；通過第二進(jìn)入端口將含氧氣體引入到狹長(zhǎng)管道中；在第二靜態(tài)混合區(qū)域中使含氧氣體與反應(yīng)氣體混合，以形成三元?dú)怏w混合物，其中第二靜態(tài)混合區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)第二行的非連續(xù)槽，一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的突片嵌件通過這些槽插入，并且固定于狹長(zhǎng)管道的外表面上；以及在催化劑的存在下使三元?dú)怏w混合物反應(yīng)，以形成氰化氫流。三元?dú)怏w混合物可以包括至少25%體積的氧氣。每個(gè)相應(yīng)的突片嵌件可以具有與三元?dú)怏w混合物的流動(dòng)方向成角度的上游表面。相應(yīng)的突片嵌件可以具有從5到45度的角度?；旌先萜骺梢詷?gòu)造為提供在催化劑床的直徑上具有小于0.1的變化系數(shù)的三元?dú)怏w混合物。混合容器中的壓降可以少于35kPa。非連續(xù)槽可以為I形、I形、T形、U形或V形。三元?dú)怏w混合物可以具有1.2到1.6的氨-氧摩爾比。三元?dú)怏w混合物可以具有I到1.5的氨-甲烷摩爾比。三元?dú)怏w混合物可以具有I到1.25的甲烷-氧摩爾比。各個(gè)相應(yīng)的突片嵌件可以具有后緣，后緣具有30到90度的角度。
[0014]本發(fā)明的第五實(shí)施例涉及一種用于制造混合容器的方法，包括:提供一個(gè)或多個(gè)突片嵌件，突片嵌件包括具有斜邊的傾斜的上游表面、下游表面以及下游表面上的支撐件，其中支撐件具有選自由I形、I形、T形、U形和V形所構(gòu)成的組中的形狀，并且延伸過上游表面的平面；以及提供具有內(nèi)部腔體、第一進(jìn)入端口和連接到反應(yīng)容器的出口端口的狹長(zhǎng)管道。該方法包括:在第一進(jìn)入端口的下游切出一個(gè)或多個(gè)穿過狹長(zhǎng)管道的非連續(xù)槽，其中非連續(xù)槽與支撐件的形狀一致；通過將支撐件可滑動(dòng)地接合到非連續(xù)槽中并使斜邊靠著狹長(zhǎng)管道的位于一個(gè)或多個(gè)非連續(xù)槽上游的內(nèi)表面上來將一個(gè)或多個(gè)突片嵌件中的一個(gè)從內(nèi)腔插入到一個(gè)或多個(gè)非連續(xù)槽中的一個(gè)內(nèi)；以及將支撐件固定到狹長(zhǎng)管道的外表面上。支撐件可以通過焊接固定到外表面。在一個(gè)實(shí)施例中，在狹長(zhǎng)管道的外表面上加工出斜角，此處切出一個(gè)或多個(gè)非連 續(xù)槽。優(yōu)選地，不通過焊接或粘接來從內(nèi)腔固定一個(gè)或多個(gè)突片嵌件。
[0015]本發(fā)明的第六實(shí)施例涉及一種用于制造混合容器的方法，包括:提供一個(gè)或多個(gè)突片嵌件，突片嵌件包括具有斜邊的傾斜的上游表面、下游表面以及下游表面上的支撐件，其中支撐件具有一定的形狀且延伸過上游表面的平面；以及提供具有內(nèi)部腔體、第一進(jìn)入端口、第二進(jìn)入端口和連接到反應(yīng)容器的出口端口的狹長(zhǎng)管道。該方法包括:在第一進(jìn)入端口的下游切出至少一行一個(gè)或多個(gè)穿過狹長(zhǎng)管道的第一非連續(xù)槽，其中第一非連續(xù)槽與支撐件的形狀一致；在第二進(jìn)入端口的下游切出至少一行一個(gè)或多個(gè)穿過狹長(zhǎng)管道的第二非連續(xù)槽，其中第二非連續(xù)槽與支撐件的形狀一致；通過將支撐件可滑動(dòng)地接合到第一和第二非連續(xù)槽中并使斜邊靠著狹長(zhǎng)管道的位于一個(gè)或多個(gè)第一和第二非連續(xù)槽上游的內(nèi)表面上來將一個(gè)或多個(gè)突片嵌件中的一個(gè)從內(nèi)腔插入到一個(gè)或多個(gè)第一和第二非連續(xù)槽中的一個(gè)內(nèi)；以及將支撐件固定到狹長(zhǎng)管道的外表面上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的HCN合成系統(tǒng)的簡(jiǎn)化的流動(dòng)示意圖；[0017]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的混合容器的剖視圖；
[0018]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的插入到混合容器中的突片嵌件的詳細(xì)的剖視圖；
[0019]圖4A-4C為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的突片嵌件的視圖；
[0020]圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有反應(yīng)原料流凈化的HCN合成系統(tǒng)的簡(jiǎn)化的流動(dòng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]此處所用之術(shù)語僅出于描述特定實(shí)施方案的目的，并不意欲限制本發(fā)明。除非上下文中清楚地顯示出另外的情況，如此處所用的單數(shù)形式“一個(gè)”和“該”也包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)當(dāng)理解，在本說明書中使用的用語“包括”和/或“包括有”時(shí)說明了存在所述的特征、整體、步驟、操作、部件和/或構(gòu)件，但不妨礙一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、部件組、構(gòu)件和/或構(gòu)件組的存在或添加。
[0022]例如“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”的用語及其變體應(yīng)廣泛地理解，并且包含所列出的主體以及等效物，還有未列出的另外的主體。另外，當(dāng)由過渡性用語“包含”、“包括”或“含有”來引出組分、部件組、工藝或方法步驟或者任何其他的表述時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解此處還考慮了相同的組分、部件組、工藝或方法步驟，或者具有在該組分、部件組、工藝或方法步驟或任何其它表述的記載之前的過渡性用語“基本上由…組成”、“由…組成”或“選自由…構(gòu)成的組”的任何其它的表述。
[0023]如果的適用話，權(quán)利要求中的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作以及所有功能性的裝置或步驟的等效物包括用于與權(quán)利要求中所具體陳述的其他部件相結(jié)合地來執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作。本發(fā)明的說明書出于介紹和描述的目的而提供，但并不是窮舉性的或?qū)⒈景l(fā)明限制到所公開的形式。在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，許多改變和變體對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。這里選擇并描述了一些實(shí)施方案，目的是對(duì)本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行最佳的解釋，并且使得本領(lǐng)域的其他普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的不同實(shí)施方案具有多種變化，如同適合于該特定用途一樣。相應(yīng)地，盡管本發(fā)明已經(jīng)依據(jù)實(shí)施方案進(jìn)行了描述，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明可以有所改變地并在所附權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)實(shí)施。
[0024]現(xiàn)在將詳細(xì)參考特定的所公開的主題。盡管所公開的主題將結(jié)合所列舉的權(quán)利要求來描述，然而可以理解，它們并不將所公開的主題限制到這些權(quán)利要求中。相反，所公開的主題覆蓋了所有的替代方案、改變以及等效物，這些可以包含于由權(quán)利要求所限定的所公開的主題的范圍之內(nèi)。
[0025]可根據(jù)Andrussow法或通過BMA法來以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)氰化氫(“HCN”)。在Andrussow法中，甲烷、氨和含氧原料在高于1000°C的溫度下在催化劑的存在下反應(yīng)，以制備包含HCN、氫氣、一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)?、剩余氨、剩余甲烷和水的氰化氫粗產(chǎn)物。天然氣典型地用作甲烷來源，而空氣、富氧空氣或純氧可以用作氧氣來源。催化劑典型地為絲網(wǎng)鉬/銠合金或絲網(wǎng)鉬/銥合金?？梢允褂闷渌拇呋瘎┙M分，包括但不限于鉬族金屬、鉬族金屬合金、負(fù)載型鉬族金屬或負(fù)載型鉬族金屬合金。也可以使用其他的催化劑構(gòu)造，包括但不限于多孔結(jié)構(gòu)、絲網(wǎng)、突片嵌件、球體、塊體、泡沫、浸潰涂層和清洗涂層。在BMA法中，甲烷和氨使用如美國專利7，429，370所描述的鉬催化劑來反應(yīng)，該專利通過引用包含于本文。
[0026]大致上講，圖1顯示了 HCN合成系統(tǒng)100。HCN —般在反應(yīng)組件102中制備，反應(yīng)組件102包括混合容器104和反應(yīng)容器106。在Andrussow法中，包括含氧氣體原料流108、含甲烷氣體原料流110和含氨氣體原料流112的反應(yīng)氣體引入到混合容器104中。應(yīng)注意到，圖1所示的輸送位置為示意性的，并不顯示將反應(yīng)物輸送到混合容器104中的順序。在一些實(shí)施方案中，含甲烷氣體原料流110和含氨氣體原料流112可以在引入到混合容器104中之前混合。在BMA法中，反應(yīng)氣體包括引入到混合容器104中的含甲烷氣體原料流110和含氨氣體原料流112。在一個(gè)實(shí)施方案中，混合容器104可以包含一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)混合區(qū)域，用于制備完全混合的三元?dú)怏w混合物114。
[0027]三元?dú)怏w混合物114離開混合容器104，并且接觸到包含在反應(yīng)容器106之內(nèi)的催化劑，以形成包含HCN的氰化氫粗產(chǎn)物116。催化劑可以處于催化劑床118之內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用分布板120來將三元?dú)怏w混合物114輸送到反應(yīng)容器106中。分布板120還可以用來均勻地分布三元?dú)怏w混合物，并如所需要地將三元?dú)怏w混合物進(jìn)一步混合?？稍诎被厥詹糠?22中從氰化氫粗產(chǎn)物116中回收氨，并通過管線124使氨返回。還可以在HCN精煉部分126中將HCN精煉成期望用途所要求的純度。在一些實(shí)施方案中，HCN可以為高純度的HCN，包含小于IOOppm重量的水。 [0028]用于本發(fā)明的目的的完全混合的三元?dú)怏w在催化劑床的直徑上具有小于0.1的變化系數(shù)(CoV)，或更優(yōu)選小于0.05并且甚至更優(yōu)選小于0.01的變化系數(shù)。在范圍方面，CoV可以形成為0.001到0.1，或更優(yōu)選地從0.001到0.05。低CoV有利地增加了反應(yīng)物轉(zhuǎn)換為HCN的產(chǎn)率。CoV定義為標(biāo)準(zhǔn)偏差σ與平均偏差μ之比。CoV理想上盡可能地低，例如小于0.1，如0.05。HCN單元可在CoV為0.1上操作，CoV為0.2也不罕見，即處于0.01到0.2或0.02到0.15的范圍。然而在CoV高于0.1時(shí)，運(yùn)行成本更高而HCN產(chǎn)率更低，例如低2%到7%，這相當(dāng)于連續(xù)式商業(yè)運(yùn)行中每年幾百萬美元的損失。完全混合的三元?dú)怏w有利地增加了 HCN產(chǎn)率，并且回報(bào)更高產(chǎn)量的HCN。可以通過在催化劑床上實(shí)施大致均勻的床溫度來實(shí)現(xiàn)性能的改善。
[0029]當(dāng)CoV超出0.1時(shí)，反應(yīng)氣體可能處于在催化劑床的安全操作范圍之外的濃度。例如，當(dāng)在三元?dú)怏w中的較高氧氣濃度下操作時(shí)，較大的CoV可能造成氧氣增加，這導(dǎo)致了回流。另外，當(dāng)CoV較大時(shí)，催化劑床可能暴露于更多的甲烷下，這可能導(dǎo)致碳沉淀物的聚集。碳沉淀物可能降低催化劑壽命和性能。因此，在較大的CoV下可能會(huì)有更高的原材料消耗。
[0030]混合容器可以在從50°C到120°C的溫度下操作。在混合容器中可以使用更高的溫度，如這里所描述地對(duì)反應(yīng)氣體進(jìn)行預(yù)熱。在一個(gè)實(shí)施方案中，優(yōu)選的是混合容器以低于反應(yīng)容器的溫度操作?；旌先萜鞯牟僮鲏毫梢杂休^大的變化，從130kPa到400kPa，并且更優(yōu)選地從130kPa到300kPa。除非另有說明，否則所有壓力均為絕對(duì)壓力。大致上講，混合容器可以在與反應(yīng)容器類似的壓力下操作。
[0031]反應(yīng)氣體在可使混合容器內(nèi)的壓降最小化的條件下混合。在一個(gè)實(shí)施方案中，混合容器中的壓降小于35kPa，優(yōu)選小于25kPa。將壓降最小化可以減少三元?dú)怏w的最大壓力，并且因此減少潛在的爆炸情況中的壓力。減小壓降還將與混合相關(guān)聯(lián)的能量(例如壓縮能量)最小化。[0032]反應(yīng)氣體供應(yīng)到混合容器中以提供三元?dú)怏w混合物，該三元?dú)怏w混合物具有從
1.2到1.6的氨-氧摩爾比(例如從1.3到1.5)、從I到1.5的氨-甲烷摩爾比(例如從1.1到1.45)、從I到1.25的甲烷-氧摩爾比(例如從1.05到1.15)。例如，三元?dú)怏w混合物可具有1.3的氨-氧摩爾比和1.2的甲烷-氧摩爾比。在另一個(gè)示例性實(shí)施方案中,三元?dú)怏w混合物可具有1.5的氨-氧摩爾比和1.15的甲烷-氧摩爾比。三元?dú)怏w混合物中的氧濃度可隨這些摩爾比而變化。因此，在一些實(shí)施方案中，三元?dú)怏w混合物包括至少25%體積的氧氣，例如至少28%體積的氧氣。在一些實(shí)施方案中，三元?dú)怏w混合物包括從25%到32%體積的氧氣，例如從26%到30%體積的氧氣?？梢允褂枚喾N控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體流。例如，可以使用能測(cè)量反應(yīng)氣體原料流的流速、溫度和壓力并允許控制系統(tǒng)為操作者和/或控制器件提供經(jīng)壓力和溫度補(bǔ)償?shù)牧魉俚摹皩?shí)時(shí)”反饋的流量計(jì)。
[0033]正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，前述功能和/或方法可以實(shí)施為系統(tǒng)、方法或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。例如，功能和/或方法可以實(shí)施為計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的程序指令，該指令記錄在計(jì)算機(jī)可讀的存儲(chǔ)器件中，當(dāng)通過計(jì)算機(jī)處理器檢索和執(zhí)行該指令時(shí)，其控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以執(zhí)行上述實(shí)施方案的功能和/或方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)中央處理單元、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器(例如只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件(例如硬盤驅(qū)動(dòng)器)。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的指令可以使用任何適合的計(jì)算機(jī)編程語言(例如C++、JAVA等)來編碼。相應(yīng)地，本發(fā)明的一些方面可以采取整體為軟件的實(shí)施方式的形式(包括固件、常駐軟件、微碼等)，或結(jié)合了軟件方面和硬件方面的實(shí)施方式。
[0034]在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)將反應(yīng)氣體混合時(shí)，所期望的是避免混合容器中的副反應(yīng)。副反應(yīng)可以包括甲烷或氨的氧化。在混合容器中還應(yīng)當(dāng)避免不利操作條件下的暴燃或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)和沖擊，這通過在混合容器中保持大于三元?dú)怏w的火焰前緣的流動(dòng)速度來實(shí)現(xiàn)。此處所用的用語“暴燃”指相對(duì)于未燃燒的氣體在緊鄰于火焰之前以亞聲速傳播的燃燒波?！氨ā敝赶鄬?duì)于未燃燒的氣體在緊鄰于火焰之前處以超聲速傳播的燃燒波。暴燃典型地導(dǎo)致適度的壓力增高，而爆炸可能導(dǎo)致過度的壓力增高。本發(fā)明提供了一種有利的解決方案來快速和完全地將反應(yīng)氣體混合，同時(shí)在混合過程中將壓降最小化，并且避免不想要的副反應(yīng)’例如氧化和暴燃。
[0035]在圖2中顯示了混合容器104的剖視圖。混合容器104產(chǎn)生了三元?dú)怏w混合物114，該三元?dú)怏w混合物114具有小于0.1的CoV，且通過近端(例如下游端)離開而進(jìn)入HCN反應(yīng)容器106之中。在混合容器104的遠(yuǎn)端(例如上游端)處，設(shè)置了壓力釋放調(diào)節(jié)器128，此處將充分地對(duì)其進(jìn)行討論。混合容器104包括狹長(zhǎng)管道130，其在三元?dú)怏w的流動(dòng)方向上延伸到反應(yīng)容器中。在一個(gè)實(shí)施方案中設(shè)有第一進(jìn)入端口 132 (也稱作上部入口)，它用來引入選自下面組的至少一種反應(yīng)氣體，所述組由含甲烷的氣體、含氨氣體、含氧氣體和它們的混合物組成。優(yōu)選地，通過第一進(jìn)入端口 132引入含甲烷的氣體110和含氨氣體112。還可以通過第二進(jìn)入端口 134(也稱作下部入口)將另外的反應(yīng)氣體引入到管道130中。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過第二進(jìn)入端口 134所引入的反應(yīng)氣體可以選自下述組，所述組由含甲烷的氣體、含氨氣體、含氧氣體以及它們的混合物組成。優(yōu)選地，可以通過第二進(jìn)入端口134引入含氧氣體流108。如圖2所示，第二進(jìn)入端口 134相比于第一進(jìn)入端口 132處于近端。因?yàn)橹钡揭牒鯕怏w時(shí)才會(huì)形成三元?dú)怏w混合物，優(yōu)選的是在管道130的較下部引入含氧氣體流108，以減少三元?dú)怏w混合物的體積。[0036]狹長(zhǎng)管道130還包括一個(gè)或多個(gè)用來產(chǎn)生完全混合的三元?dú)怏w的靜態(tài)混合區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)有至少一個(gè)相鄰于第一進(jìn)入端口 132設(shè)置的靜態(tài)混合區(qū)域136。靜態(tài)混合區(qū)域136設(shè)置用來將含甲烷氣體110和含氨氣體112混合，這在它們與含氧氣體108混合之前進(jìn)行。靜態(tài)混合區(qū)域136可以形成甲烷和氨的二元?dú)怏w。還設(shè)置有至少一個(gè)相鄰于第二進(jìn)入端口 134或與之相比處于近端的靜態(tài)混合區(qū)域138。靜態(tài)混合區(qū)域138將含氧氣體和其他反應(yīng)氣體混合，以產(chǎn)生三元?dú)怏w混合物。尤其是，靜態(tài)混合區(qū)域138應(yīng)當(dāng)盡最大的實(shí)際可能安裝得靠 近反應(yīng)容器106中的反應(yīng)催化劑床(未示出)，使得混合容器104中的三元?dú)怏w混合物的體積和停留時(shí)間最小。
[0037]盡管在圖2中針對(duì)端口 132和134顯示了一個(gè)入口，然而在一個(gè)實(shí)施方案中可以設(shè)置多個(gè)第一進(jìn)入端口和第二進(jìn)入端口?？梢試@狹長(zhǎng)管道130的整個(gè)圓周設(shè)有多個(gè)輸送入口。輸送入口中的每一個(gè)可以相對(duì)于三元?dú)怏w混合物的流動(dòng)方向處于5°到90°的角度。反應(yīng)物的主輸送管線可以連接到(未示出的)圍繞著多個(gè)第一進(jìn)入端口和/或第二進(jìn)入端口的環(huán)形區(qū)域。可以具有多個(gè)(未示出的)孔，其限定了進(jìn)入端口并提供從環(huán)形區(qū)域到狹長(zhǎng)管道130的輸送入口。不希望被理論束縛，當(dāng)反應(yīng)物輸送到混合容器104中時(shí)，所述多個(gè)孔可以阻止旋轉(zhuǎn)，即漩渦。
[0038]在另一個(gè)實(shí)施方案中，第一進(jìn)入端口 132和第二進(jìn)入端口 136可以延伸到狹長(zhǎng)管道130的腔體中。這可允許將反應(yīng)物引入到狹長(zhǎng)管道130的中間。不希望被理論束縛，所延伸的入口可以阻止反應(yīng)物不接觸突片嵌件150就穿過混合容器104。優(yōu)選地，輸送含氧氣體108的第二進(jìn)入端口 138延伸到管道130中間。
[0039]靜態(tài)混合區(qū)域136、138中的每個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)非連續(xù)的槽142的行140。每個(gè)靜態(tài)混合區(qū)域136、138可以包括一到十行非連續(xù)的槽142。在一個(gè)實(shí)施方案中，第二靜態(tài)混合區(qū)域138中的行數(shù)可以大于或等于第一靜態(tài)混合區(qū)域136中的行數(shù)。例如，第二靜態(tài)混合區(qū)域138可以具有一到三行。每行140可以包括一到十個(gè)非連續(xù)的槽142，并且優(yōu)選地包括二到六個(gè)非連續(xù)的槽142。在每個(gè)行140內(nèi)，非連續(xù)的槽142優(yōu)選均勻地間隔開，并且在管道130的周圍為非連續(xù)的。隨著行數(shù)和/或每行中突片嵌件150的數(shù)量增加，混合容器104中的壓降也會(huì)增加。因此，所期望的是使用行和突片嵌件的組合來提供完全的混合，同時(shí)保持小于35kPa的壓降。在一個(gè)方面，用于混合容器的非連續(xù)的槽142以及突片嵌件150的數(shù)量可以為4到24個(gè)，例如8到20個(gè)，或者10到16個(gè)。
[0040]在第二靜態(tài)混合區(qū)域138的近端并在混合容器104的出口 144之前可以具有空區(qū)域146?？諈^(qū)域146允許三元?dú)怏w混合物具有非混合區(qū)域?？諈^(qū)域146可以具有從0.l*d到10*d的高度，其中d為狹長(zhǎng)管道130的內(nèi)直徑。
[0041]在一個(gè)實(shí)施方案中，非連續(xù)的槽142可以與三元?dú)怏w的流動(dòng)方向?qū)R，或可以為I形、I形、T形、U形或V形。如圖4A-4C所示，支撐件148為條棒，例如I形或I形，并且延伸通過上游表面152的平面。在另外的實(shí)施方案中，當(dāng)每個(gè)突片嵌件150具有多于一個(gè)支撐件148時(shí)，可以使用V形或U形的非連續(xù)槽142。
[0042]如圖4B所示，突片嵌件150包括斜邊156，如圖3所示，該斜邊156延伸于非連續(xù)的槽142之上，并且頂靠著狹長(zhǎng)管道130的內(nèi)壁158。斜邊156還可以延伸于支撐件148之上。優(yōu)選地，斜邊156不接觸另一個(gè)相鄰的行140中的突片嵌件150。斜邊156的角度可以由上游表面152的角度決定。[0043]突片嵌件150可由不銹鋼材料、例如310SS和316SS來構(gòu)造。
[0044]支撐件148可以為突片嵌件150提供剛性，使得突片嵌件150在壓力變化下不會(huì)形變。由于非連續(xù)的槽142和突片嵌件150的布置，以及在狹長(zhǎng)管道130的內(nèi)表面上未使用粘合或焊接，突片嵌件150可以具有剛性以在狹長(zhǎng)管道130內(nèi)的壓力變化下保持某一角度。當(dāng)狹長(zhǎng)管道130內(nèi)有壓力變化時(shí)，突片嵌件可以比表面焊接到管道130內(nèi)部的彎曲的角焊混合突片嵌件更強(qiáng)。出于本發(fā)明的目的，突片嵌件在大于5MPa的壓力變化、優(yōu)選大于13MPa的壓力變化下不發(fā)生形變。一旦壓力條件恢復(fù)到通常操作條件，則突片嵌件維持并保持原始的角度。因此，在這樣的壓力變化下，混合容器104不會(huì)遭受混合效果的較低。
[0045]非連續(xù)的槽142為穿過管道130的其中不輸送反應(yīng)氣體的開口。非連續(xù)的槽142可機(jī)加工到管道130中。突片嵌件150通過非連續(xù)的槽142插入，并且突片嵌件150延伸到管道130的腔體中。支撐件148延伸通過上游表面的平面，并從狹長(zhǎng)管道130的內(nèi)腔中可滑動(dòng)地接合到非連續(xù)的槽142之中。突片嵌件150可以指被割透的混合突片嵌件。突片嵌件150固定在管道130的外壁上。優(yōu)選地是，突片嵌件150從管道130的外側(cè)插入，并通過粘合或焊接來固定。與很難合適地對(duì)齊和固定的內(nèi)部焊接相反，這大大增加了管道130之內(nèi)的定位突片嵌件150的有效性和精確性。另外，通過允許從管道的外部而不是從管道之內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，這可允許容易地插入突片嵌件。
[0046]當(dāng)定位每個(gè)靜態(tài)混合區(qū)域中的行時(shí)，在管道的外表面上可以生產(chǎn)出斜面，而通過該斜面制造非連續(xù)的槽。一旦插入了突片嵌件150，可以用焊接金屬來填充斜面，以便固定突片嵌件150。可以從管道的內(nèi)部插入突片嵌件150，而突片嵌件150和支撐件148可以延伸通過管道，以從外部固定突片嵌件150。 [0047]在一個(gè)實(shí)施方案中，突片嵌件150具有在流動(dòng)方向上彎折的上游表面152。彎折角度可以在5°到45°之間、并且更優(yōu)選地在20°到35°之間變化。下游表面154可具有與上游表面近似的角度。一行內(nèi)的突片嵌件可以具有大致近似的角度，例如在±5°之內(nèi)。相鄰行之間的突片嵌件以及不同的混合區(qū)域之間的突片嵌件的角度可以不同。在具有多行的混合區(qū)域中，下游行中的突片嵌件的角度可小于上游行中的突片嵌件的角度。在一個(gè)示例性的實(shí)施例中，第一混合區(qū)域136可以具有角度為30°的突片嵌件，而第二混合區(qū)域138可以具有角度為25°的突片嵌件。在另一個(gè)示例性實(shí)施例中，第一混合區(qū)域136可以具有角度為30°的突片嵌件，而第二混合區(qū)域138可以具有角度為45°的突片嵌件。各突片嵌件150的表面152上游的表面積被限制為可防止壓力降的增大，并通常處于50到250cm2、例如從75到150cm2的范圍內(nèi)，這取決于突片嵌件和行的數(shù)量。隨著所有突片嵌件150的總表面積增加，壓力降也可能增加。
[0048]另外，突片嵌件150沒有斜面，即突片嵌件150不是扭曲的，并且其在管道130的內(nèi)壁上對(duì)齊，從而大致上平行于三元?dú)怏w混合物的流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，突片嵌件150的傾斜度從0°到7°，例如從0°到3°。具有大于8°的輕微傾斜度可以導(dǎo)致很差的混合性能，后者可能導(dǎo)致床的溫度變化的增加和/或不期望的壓降增加。因此，本發(fā)明的割透的非連續(xù)的槽適用于這樣的突片嵌件，所述突片嵌件具有降低的傾斜度和針對(duì)減少床的溫度變化的增高的性能。在一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)床上，床的溫度變化可以為從15°C到25°C。
[0049]在反應(yīng)器中的壓力波動(dòng)下，突片嵌件150設(shè)置在貫穿的切割處之內(nèi)，以承受扭曲并且在壓力波動(dòng)下不產(chǎn)生形變。這避免了用于修復(fù)的昂貴的延誤。如果有任何損傷，受損的突片嵌件可以容易地移除和用新的突片嵌件來替代，這通過將它通過非連續(xù)的槽插入并且從狹長(zhǎng)管道的外表面進(jìn)行焊接來實(shí)現(xiàn)。
[0050]另外，靜態(tài)混合區(qū)域內(nèi)的突片嵌件可以具有大致近似的角度。不同行中的突片嵌件和不同靜態(tài)混合區(qū)域中的突片嵌件可具有不同的角度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，第一靜態(tài)混合區(qū)域136中的突片嵌件的角度不同于第二靜態(tài)混合區(qū)域138中的突片嵌件的角度。增加角度可以得到提升的混合，但是也會(huì)相應(yīng)得到不期望的壓降增加。狹長(zhǎng)管道130內(nèi)的各個(gè)突片嵌件150均不平行于流動(dòng)方向。換言之，在管道130的腔體之內(nèi)，突片嵌件150不具有大致上平行于管道130的壁的表面。支撐件148可以大致上平行于流動(dòng)方向，但是支撐件148定位在下游表面154上，并且對(duì)混合物不具有顯著的沖擊。相反，突片嵌件150和支撐件148穿過非連續(xù)的槽142而插入，突片嵌件150固定到管道130的外壁。沿著管道130的外壁，突片嵌件150可以具有大致上平行于外壁的表面。
[0051]每個(gè)突片嵌件150可以具有從0.1到2.5cm(如0.5cm到1.5cm)的適合厚度，以保持突片嵌件150的剛性。突片嵌件的后緣是突片嵌件的從管道的內(nèi)壁延伸到混合區(qū)域中最遠(yuǎn)的邊緣。突片嵌件的后緣可以如所需要地為圓的、錐形的或方的，以便提供必要的混合。在一個(gè)實(shí)施例中，突片嵌件的后緣可以為鋒利的，例如刀子的邊緣，其具有從30°到90°、例如45°到90°的角度。鋒利的邊緣可以在混合容器104之內(nèi)提供增加的混合。具有小于30°的角度的鈍的邊緣可能會(huì)不期望地增加混合容器之內(nèi)的壓降。 [0052]管道130之內(nèi)的突片嵌件150如同流體箔一樣地操作，所述流體箔隨著反應(yīng)氣體流過混合容器104而具有針對(duì)它們的上游表面152所呈現(xiàn)出來的較大的流體壓力和針對(duì)它們的下游表面154的降低的流體壓力。每個(gè)突片嵌件150的相鄰的和相互間反向的表面上的流體的壓力差導(dǎo)致從每個(gè)突片嵌件150上流過的縱向流動(dòng)再定位，因此導(dǎo)致了在通過管道130的流體的縱向流動(dòng)上增加了徑向的交叉流分量。每個(gè)突片嵌件的邊緣上的流體流動(dòng)導(dǎo)致流體被彎折的上游表面向內(nèi)和向上偏轉(zhuǎn)，從而在每個(gè)突片嵌件的尖端處產(chǎn)生多對(duì)反向地旋轉(zhuǎn)且主要為流束式的旋渦，以及將由單個(gè)突片嵌件產(chǎn)生的相鄰的流束式旋渦相連的下游發(fā)卡旋渦。每個(gè)這種成對(duì)的旋渦具有相互間反向的圍繞著旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)軸大致上沿著縱向的流束式流體流動(dòng)方向且沿著兩個(gè)邊界表面之間的環(huán)形間隔定位。由靜態(tài)混合區(qū)域136和138所產(chǎn)生的紊流混合產(chǎn)生了具有小于0.1的CoV的完全混合的三元?dú)怏w混合物。
[0053]在一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)靜態(tài)混合區(qū)域136和138包括多于兩個(gè)行140時(shí)，來自每個(gè)行的突片嵌件150可以與相鄰的行橫向?qū)R，以達(dá)到所期望的混合效果。在一些實(shí)施方案中，可以使用橫向偏置的、即“錯(cuò)開的”突片嵌件150。
[0054]突片嵌件150的上游表面152的形狀可以包括梯形、方形、平行四邊形、半橢圓形、圓角方形或矩形。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用具有梯形形狀的漸縮的突片嵌件。另外，突片嵌件可以輕微彎曲或成曲形。在一個(gè)實(shí)施方案中，在主流束流動(dòng)的方向上，突片嵌件的縱向尺寸不超出突片嵌件的寬度的兩倍。
[0055]混合容器104的尺寸可以有很大的變化，并且可以很大程度上取決于反應(yīng)容器106的容量。在此處所公開的本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，混合容器104具有處于從2到20的范圍內(nèi)(例如從2到10)的外側(cè)長(zhǎng)度與直徑之比?；旌先萜鞯某叽缈梢宰兓?，但可具有I到5m (例如1.2到2.5m)的長(zhǎng)度，以及5到60cm (例如10到35cm)的內(nèi)徑。[0056]如圖2所示，盡管設(shè)有兩個(gè)進(jìn)入端口和兩個(gè)靜態(tài)混合區(qū)域，然而在其他的實(shí)施例中也可以設(shè)有一個(gè)進(jìn)入端口和一個(gè)靜態(tài)混合器。另外，可以設(shè)有兩個(gè)進(jìn)入端口和一個(gè)設(shè)置在下部進(jìn)入端口的近端的靜態(tài)混合器。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以使用其他的進(jìn)入端口和靜態(tài)混合器的構(gòu)造。
[0057]三元?dú)怏w混合物114可以從混合容器104進(jìn)入到反應(yīng)容器106的進(jìn)入端口中。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)分布板120來在催化劑床上提供均勻分布的三元?dú)怏w混合物。還可以結(jié)合分布板使用阻火器，以將三元?dú)怏w分布在催化劑床上。優(yōu)選地，分布板不應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致大于35kPa的、例如更優(yōu)選小于25kPa的反應(yīng)容器中的壓降。在一個(gè)實(shí)施方案中，在反應(yīng)容器之內(nèi)在入口下游和阻火器的上游布置有一個(gè)分布板。分布板可以具有大于進(jìn)入端口并小于反應(yīng)容器的最大直徑的直徑。分布板具有由一個(gè)或更多孔洞形成的空區(qū)域，空區(qū)域至少為分布板的面積的50%到80%。空區(qū)域可以在上游表面上具有抬升的錐形特征來擴(kuò)散三元?dú)怏w混合物。分布板還可以包括實(shí)心區(qū)域，該實(shí)心區(qū)域與進(jìn)入端口的中心點(diǎn)對(duì)齊，優(yōu)選居中地對(duì)齊。在一個(gè)實(shí)施方案中，分布板可以為絲網(wǎng)材料。 [0058]用于混合容器和突片嵌件的構(gòu)造的材料可以不同，并且可以為任何與三元?dú)怏w混合物相容的材料，所述材料能夠承受混合容器中的設(shè)計(jì)溫度和壓力而沒有顯著的退化，并且其不會(huì)促進(jìn)三元?dú)怏w混合物中的氣體的反應(yīng)。使用包括310SS和316SS的不銹鋼材料的構(gòu)造已經(jīng)達(dá)到了令人滿意的結(jié)果。
[0059]在一個(gè)實(shí)施方案中，通過將那些暴露于氣流的表面拋光以降低內(nèi)表面的比表面積(粗糙度)來減少混合器的內(nèi)部表面的催化劑活性。例如，將混合容器的內(nèi)直徑加工到大約125微英寸(3.2微米)的表面粗糙度(rms)可顯著降低催化劑活性。
[0060]混合容器104可以設(shè)有一個(gè)或多個(gè)適合的分析儀，用來測(cè)量離開第一靜態(tài)混合區(qū)域136和/或第二靜態(tài)混合區(qū)域138的甲烷和氨的濃度。這種線上和線下的分析儀在現(xiàn)有技術(shù)中熟知。這種分析儀的非限定性的例子包括紅外分析儀、傅里葉變換紅外分析儀、氣體色譜分析儀和質(zhì)譜分析儀。類似地，第二靜態(tài)混合區(qū)域138可以設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)適合的分析儀，用來測(cè)量三元?dú)怏w混合物中的氧氣濃度。
[0061]在圖2未示出的一個(gè)可選的實(shí)施方案中，上部入口 132和下部入口 134設(shè)置有具有自動(dòng)閥門的惰性氣體接頭，使得必要時(shí)可以凈化掉混合容器104的管線中的反應(yīng)物，例如用于維護(hù)停工或反應(yīng)器的停工。
[0062]在一個(gè)實(shí)施方案中，混合容器104也可以包括(未示出的)可選的流動(dòng)校正器。流動(dòng)校正器可以具有可在氣體原料流接觸到靜態(tài)混合區(qū)域之前將流動(dòng)對(duì)齊的構(gòu)造。流動(dòng)校正器還可以圍繞管道130的整個(gè)區(qū)域分布?xì)怏w，并且阻止反應(yīng)氣體向下直接通過混合容器104的中間。
[0063]當(dāng)使用時(shí)，流動(dòng)校正器可以置于第一進(jìn)入端口 132和/或第二進(jìn)入端口 134的近端，例如下游。優(yōu)選地，流動(dòng)校正器直接定位在第一靜態(tài)混合區(qū)域136第一行突片嵌件的上游以及第二靜態(tài)混合區(qū)域138的上游。
[0064]在一個(gè)實(shí)施方案中，流動(dòng)校正器可以具有多個(gè)在中央處連接的徑向板。一些流動(dòng)校正器可以在中間處具有中間體，以阻止反應(yīng)氣體向下穿過狹長(zhǎng)管道的中間。中間體可以為圓錐形的或角錐形的。中間體通常定位成至少部分與混合容器的中心線重疊。通過阻止流動(dòng)通過混合容器的中部并迫使三元?dú)怏w混合物接觸從內(nèi)壁上伸出的突片嵌件，中間體可有利地增強(qiáng)混合。當(dāng)氣體被阻止流經(jīng)混合容器的中間時(shí)，各靜態(tài)混合區(qū)域中的三元?dú)怏w混合物的混合得到了改善。
[0065]可以在混合容器104的通風(fēng)管線160中安裝緊急壓力釋放調(diào)節(jié)器128，例如破裂膜片。壓力釋放調(diào)節(jié)器128限制了狹長(zhǎng)管道130中的壓力，并且因此限制了第一靜態(tài)混合區(qū)域136和(未示出的)催化床之間所包含的總質(zhì)量和勢(shì)能，因此可在不利的操作條件下減少了暴燃的沖擊或爆炸的風(fēng)險(xiǎn)和沖擊。在一個(gè)實(shí)施方案中，壓力釋放調(diào)節(jié)器128具有從混合容器104的操作壓力的110%到115%的壓力釋放設(shè)定點(diǎn)。
[0066]當(dāng)壓力釋放調(diào)節(jié)器128被支撐在第一靜態(tài)混合區(qū)域136的遠(yuǎn)端以與延伸到堆疊162中的通風(fēng)管線160連通時(shí)，得到了良好結(jié)果。因此，在混合容器104中形成的過壓力下，壓力釋放調(diào)節(jié)器128打開，而加熱過的氣體從反應(yīng)容器106和混合容器104中排放?？梢允褂玫?dú)鈨艋鱽韮艋ㄟ^壓力釋放調(diào)節(jié)器128的蒸汽容量。
[0067]在HCN的制造中，如圖5所示，每種反應(yīng)氣體分別通過適合的原料制備系統(tǒng)170、172和174進(jìn)行處理。相應(yīng)的反應(yīng)氣體的來源可以通過任何現(xiàn)有技術(shù)中已知的適合的輸送系統(tǒng)如管道、推車、舟皿或軌道等輸送到每個(gè)相應(yīng)的原料制備系統(tǒng)中。
[0068]如圖5所示，含氧源176可以由氧氣原料制備系統(tǒng)170來提供，該氧氣原料制備系統(tǒng)170包括用來調(diào)節(jié)引入到工藝過程中的含氧源176的壓力的裝置以及用來將細(xì)顆粒從未過濾的含氧源176中移除的過濾器。增加含氧源176的氧氣含量對(duì)于增加反應(yīng)產(chǎn)量和減少處理裝置的尺寸來 說是有利的。增加空氣的氧氣含量也增加了通常在空氣中為可燃的物質(zhì)的易燃性。如果不移除原料流中所夾帶的金屬顆粒(例如鐵或鋼)和/或其他污染物以及副產(chǎn)物，則可能導(dǎo)致氧氣管道的火情?？梢允褂萌魏芜m合的機(jī)構(gòu)來從未過濾的含氧源176中移除所夾帶的金屬顆粒和其他的污染物，所述機(jī)構(gòu)例如過濾器、旋風(fēng)分離器、聚結(jié)器、防霧裝置以及除霧器。當(dāng)含氧進(jìn)氣的來源要求壓縮時(shí)，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的無油壓縮機(jī)和密封設(shè)計(jì)也可以緩解污染。針對(duì)富氧空氣，或許需要壓縮機(jī)。
[0069]如這里使用的用語“空氣”指成分與取自大氣(通常在地面處)的氣體的原始成分大致相同的氣體混合物。在一些例子中，空氣取自周圍環(huán)境?？諝饩哂腥缦陆M成，包括約78%體積的氮?dú)?、約21%體積的氧氣、約1%體積的氬氣和約0.04%體積的二氧化碳，以及少量的其它氣體。
[0070]如這里使用的用語“富氧空氣”指成分包含比空氣中所存在的更多的氧氣的氣體混合物。富氧空氣具有如下組成，包括大于21%體積的氧氣、少于78%體積的氮?dú)?、少?%體積的氬氣和少于0.04%體積的二氧化碳。在一些實(shí)施方案中，富氧空氣包括至少28%體積的氧氣，例如至少80%體積的氧氣、例如至少95%體積的氧氣，或者至少99%體積的氧氣。
[0071]利用含氧源176 (例如低含量的惰性氣體，比如氮?dú)?中的高氧氣濃度提供了減少在其他情況中必須處理大體積的惰性氮?dú)獾南掠窝b置的尺寸和操作成本的機(jī)會(huì)。在一個(gè)實(shí)施方案中，含氧氣體包括大于21%體積的氧氣,例如大于28%體積的氧氣,大于80%體積的氧氣，大于90%體積的氧氣,大于95%體積的氧氣或大于99%體積的氧氣。此處為了明確起見，當(dāng)使用用語“富氧空氣”時(shí)，該用語包含從大于21%體積直到并包括100%體積的氧氣含量(例如純氧)。當(dāng)使用用語“含氧進(jìn)氣流”時(shí)，該用語包含從21%體積直到并包括100%體積的氧氣含量，例如純氧。
[0072]隨著含氧源176的氧氣含量的提升，可以更精確地控制含甲烷源178的純度。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，甲烷的來源可以不同，并且可以從可再生的來源處獲得，例如填埋的垃圾堆、農(nóng)牧場(chǎng)、發(fā)酵的沼氣，或來自化石燃料如天然氣、含油氣、煤氣和氣體水合物，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)中所進(jìn)一步描述的。出于本發(fā)明的目的，甲烷純度和含甲烷源178的始終如一的組分意義重大。甲烷可以凈化后的狀態(tài)、以半凈化的狀態(tài)或以不純的狀態(tài)輸送到HCN合成系統(tǒng)100中。
[0073]天然氣例如為甲烷的不純狀態(tài)。也就是說，天然氣大致上為可以用來提供在本發(fā)明的工藝中所制備的HCN的碳元素的含甲烷氣體。然而，除了甲烷，天然氣可能包含污染物，例如硫化氫、二氧化碳、氮?dú)?、水，以及更高分子量的碳?xì)浠衔锶缫彝椤⒈?、丁烷、戊烷等，所有這些在存在時(shí)對(duì)HCN的生產(chǎn)是有害的。天然氣組分可以隨著來源的不同而顯著不同。由管道所提供的天然氣的組分也可能隨著時(shí)間顯著地變化，甚至在很短的時(shí)間跨度內(nèi)顯著變化，因?yàn)闀?huì)對(duì)管道開放和切斷氣源。這種組分的變化導(dǎo)致難于維持最佳的和穩(wěn)定的工藝性能。隨著惰性負(fù)載通過含氧源176的氧氣富集而減少，HCN合成工藝對(duì)這些變化的敏感性變得更嚴(yán)重。
[0074]參照?qǐng)D5，含甲烷來源178可以由甲烷原料制備系統(tǒng)172提供，該甲烷原料制備系統(tǒng)172包括用來濃縮甲烷并將更高分子量的碳?xì)浠衔铩⒍趸?、硫化氫和水從天然氣中移除且過濾天然氣以移除細(xì)粒的裝置。例如，天然氣的凈化提供了高度濃縮有甲烷的含甲烷進(jìn)氣流110，該含甲烷進(jìn)氣流110具有大幅度減少的組分和燃燒值的變化度。當(dāng)與含氧氣體108和含氨氣體112混合時(shí)，凈化的含甲烷氣體110提供了這樣的三元?dú)怏w混合物，相比于使用未凈化的含甲烷的氣體原料流而言，它在HCN的合成中能更加可預(yù)測(cè)地反應(yīng)。對(duì)含甲烷氣體的更持續(xù)的凈化和控制可穩(wěn)定工藝，并且允許判定和控制甲烷/氧氣和氨/氧氣的最佳摩爾比,這 因此導(dǎo)致了更高的HCN產(chǎn)率。
[0075]使用凈化的天然氣來獲得含甲烷氣體原料流110、即包含大致上純的甲烷的原料流以制造HCN也提升了催化劑壽命和HCN產(chǎn)率。尤其是，使用大致上純的含甲烷氣體110:(I)減少了會(huì)對(duì)下游帶來不良影響或?qū)に嚩詿o益的雜質(zhì)的濃度，所述雜質(zhì)例如為硫、CO2和H2O ；(2)使得剩余的組分穩(wěn)定在一致的水平，以便(a)允許下游的HCN合成最優(yōu)化，以及(b)通過減輕HCN合成步驟中的大的溫度偏離來而使得能夠使用高度富集的或純的含氧氣體，其中所述溫度偏離典型地與高級(jí)烴的含量變化有關(guān)，并且對(duì)于最佳的產(chǎn)量和可操作性是有害的(例如催化劑損壞、聯(lián)鎖和工作時(shí)間的損失)；并且(3)減少了高級(jí)烴(例如C2和高級(jí)烴)以降低合成反應(yīng)中的高級(jí)腈類(例如乙腈、丙烯腈和丙腈)的形成，并且降低了移除腈類時(shí)相關(guān)的HCN產(chǎn)率損失。
[0076]另外，使用大致上純的含甲烷的氣體110可以(I)將原料中的可變性消除或最小化(例如其將碳和氫的含量以及燃燒值穩(wěn)定化)，并且因此將整個(gè)HCN合成系統(tǒng)100穩(wěn)定化，從而允許判定和控制最佳的甲烷和氧之比以及氨和氧之比，用于穩(wěn)定的操作和最有效的HCN產(chǎn)量；(2)將相關(guān)的溫度尖峰和所導(dǎo)致的催化劑損壞消除或最小化；并且(3)將二氧化碳最小化，因此減少了存在于氨的再生過程中的和再生的或再循環(huán)的氨流中的二氧化碳的量，其中所述氨流來自可能位于反應(yīng)容器106下游的氨的再生過程。在這種氨的再生過程中和在再生的或再循環(huán)的氨流中將二氧化碳消除或最小化減少了形成氨基甲酸酯的可能性，氨基甲酸酯的形成會(huì)導(dǎo)致管路和其他工藝裝置的阻塞和/或污垢沉積。
[0077]在混合容器104中與含氧氣體108和含甲烷氣體110混合之前，“合成的”或新鮮的氨流180通過新鮮氨原料制備系統(tǒng)174處理。大致上，新鮮氨原料制備系統(tǒng)174的主要功能是在含氨氣體112引入到混合容器104中之前從新鮮的氨流180中移除雜質(zhì)，例如水、油和鐵。含氨氣體112中的雜質(zhì)可能減少催化劑的壽命，這造成低下的反應(yīng)產(chǎn)量。新鮮氨原料制備系統(tǒng)174可以包括處理設(shè)備，例如蒸發(fā)器和用于“合成的”或新鮮的氨流180的過濾器，以提供經(jīng)處理的新鮮的氨流112。
[0078]例如，可以在蒸發(fā)器中處理商業(yè)可得的液態(tài)氨，以便提供部分凈化的氨蒸汽流以及包含水、鐵、鐵微粒和其 他非揮發(fā)性雜質(zhì)的第一液體流。可以使用例如氨除霧器的氨分離器來分離出現(xiàn)在部分凈化的氨蒸汽流存在中的雜質(zhì)和任何液體，從而制備經(jīng)處理的新鮮的氨流(大致純的氨蒸汽流)，以及包含有所夾帶的雜質(zhì)和存在于部分凈化的氨蒸汽流中的任何液體氨的第二液體流。
[0079]在一個(gè)實(shí)施方案中，包含水、鐵、鐵微粒和其他非揮發(fā)性雜質(zhì)的第一液體流輸送到第二蒸發(fā)器中，其中使一部分液體流蒸發(fā)來形成第二部分凈化的氨蒸汽流，以及能夠作為瀉流或廢物流來進(jìn)一步處理的包含水、鐵、鐵微粒和其他非揮發(fā)性雜質(zhì)的更濃縮的第二液體流。第二部分凈化的氨蒸汽流可以輸送到氨分離器。在另一個(gè)實(shí)施方案中，包含水、鐵、鐵微粒和其他非揮發(fā)性雜質(zhì)的更濃縮的第二液體流輸送到第三蒸發(fā)器中，以在作為瀉流或廢物流處理之前進(jìn)一步降低氨含量。
[0080]蒸發(fā)器中的泡沫形成會(huì)限制氨的蒸發(fā)率并且降低所制備的氨蒸汽的純度。一般通過將消泡劑直接引入到蒸發(fā)器中或引入到蒸發(fā)器的原料流中來阻止泡沫形成。消泡劑屬于廣義上的能夠消除或顯著減少液體和/或液體與氣體混合物的形成泡沫的能力的聚合材料和溶液。消泡劑通過減少溶液的表面張力來在攪動(dòng)的液體中抑制氣泡形成。消泡劑的例子包括硅樹脂、有機(jī)磷酸鹽和醇類。在一個(gè)實(shí)施例中，將足夠量的消泡劑添加到新鮮的氨流中，以在新鮮的氨流180中將消泡劑濃度保持到從2mpm到20mpm的范圍中。消泡劑的一個(gè)非限定性的例子是Unichem of Hobbs, NM (新墨西哥)所制造的UNICHEM7923。
[0081]新鮮的氨原料制備系統(tǒng)174還可以設(shè)有過濾系統(tǒng)，以從所處理的新鮮的氨流180中移除微粒，從而阻止反應(yīng)容器106中的催化劑中毒。過濾系統(tǒng)可以為單個(gè)的過濾器或多個(gè)過濾器。
[0082]氨也在氨再生部分112中分離和再生，作為能夠在再循環(huán)氨原料制備系統(tǒng)182中單獨(dú)處理的再循環(huán)氨流124。再循環(huán)氨原料制備系統(tǒng)182可以包括處理設(shè)備，用來過濾和加熱再循環(huán)氨流182，以產(chǎn)生經(jīng)處理的再循環(huán)氨流112。加熱由管道輸送的再循環(huán)氨流124可協(xié)助阻止管道內(nèi)壁上的沉積。經(jīng)處理的再循環(huán)氨流124可以與經(jīng)處理的新鮮的氨流180相結(jié)合。
[0083]反應(yīng)容器106中所發(fā)生的HCN合成反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，其在1000°C到1250°C范圍中的反應(yīng)溫度下和IOOkPa到400kPa范圍中的壓力下進(jìn)行。催化劑典型地為絲網(wǎng)鉬/銠合金或絲網(wǎng)鉬/銥合金。在一個(gè)方面，可在平面催化劑載體上使用85/15鉬/銠合金。也可以在相比于平面催化劑載體具有更大的表面積的波紋狀支撐上使用90/10鉬/銠合金?？梢允褂闷渌拇呋瘎┙M分，包括但不限于鉬族金屬、鉬族金屬合金、負(fù)載型鉬族金屬或負(fù)載型鉬族金屬合金。也可以使用其他的催化劑構(gòu)成，包括但不限于有孔結(jié)構(gòu)、絲網(wǎng)、突片嵌件、球體、塊體、泡沫狀、浸潰涂層和清洗涂層。催化劑負(fù)載在反應(yīng)容器中，直到處于0.7到1.4(g催化劑)/ (kg原料氣體/小時(shí))范圍中的催化劑負(fù)載。三元?dú)怏w混合物在反應(yīng)容器中與催化劑接觸，從而提供含氰化氫的反應(yīng)產(chǎn)物，例如氰化氫粗產(chǎn)物。
[0084]在一個(gè)實(shí)施方案中，能夠?qū)⒓訜岬娜獨(dú)怏w轉(zhuǎn)化成HCN的催化劑床由支撐組件來支撐，所述支撐組件由能夠減少硅化鉬形成且優(yōu)化反應(yīng)器管道的熱應(yīng)力抗性和污垢沉積的材料形成。催化劑支撐組件大致上相鄰于催化劑床布置。阻火器在空間上布置在催化劑床之上，以在那里提供空間。阻火器可熄滅任何內(nèi)部反應(yīng)室內(nèi)的由于回流所導(dǎo)致的上游燃燒。陶瓷泡沫沿著限定了內(nèi)部反應(yīng)室和催化劑的殼體的內(nèi)壁的至少一部分布置。當(dāng)反應(yīng)器關(guān)閉時(shí)，陶瓷泡沫將由于催化劑收縮所導(dǎo)致的原料氣體的旁流最小化。布置在催化劑床之上的陶瓷泡沫用于在反應(yīng)器的操作過程中將三元?dú)怏w的體積最小化、減少壓降并且抑制自由基的形成。在殼體的每個(gè)出口中布置有套圈，其提供了催化劑床和余熱鍋爐的上方部分之間的流體連通。具有大致蜂窩狀構(gòu)造的下部支撐件大致相鄰于催化劑支撐件的下表面布置，用來減少橫跨下部支撐件的壓降。
[0085]阻火器可以由任何合適的現(xiàn)有技術(shù)中已知的材料來制造，只要阻火器能夠執(zhí)行下述功能中的任一種:(I)在存在來自催化劑床的回流的情況中熄滅上游的燃燒；(2)作為流動(dòng)分布器以保證在催化劑床上的均勻流動(dòng)和消除可能回流的低氣體速度的區(qū)域；(3)作為空間填充器來減少反應(yīng)器中的反應(yīng)物體積，以將那里的勢(shì)能最小化；和/或在熱催化劑床和反應(yīng)器的上部部分中的三元?dú)怏w混合物之間提供熱絕緣。所采用的阻火器可以由這樣的材料制造，所述材料(I)具有最小催化效應(yīng)；(2)在制造HCN所采用的溫度下是熱穩(wěn)定的；
(3)不會(huì)分解氨；和(4)不會(huì)觸發(fā)氧化。在構(gòu)造阻火器時(shí)可以采用的材料的例子為處于任何穩(wěn)定形式的陶瓷耐火材料，包括但不限于:陶瓷丸體、陶瓷泡沫、陶瓷纖維覆層、硅鋁耐火材料、非紡織覆層以及它們的組合等。適合的陶瓷耐火材料組合物的非限定性例子包括90%重量的礬土、94%重量 的礬土和95%重量的礬土。另外，當(dāng)使用丸體作為材料來構(gòu)造阻火器時(shí)，丸體的尺寸和形狀可以不同，只要阻火器中所使用的丸體能夠執(zhí)行上述功能。
[0086]需要理解的是，阻火器的使用顯著地減少了所加熱的三元?dú)怏w混合物通過從暴燃到爆炸的轉(zhuǎn)換變成為易爆的可能性。例如，如果判定304kPa和100°C下三元?dú)怏w混合物的火焰速度為1.2m/sec，則通過阻火器、例如包含3/8英寸(9.5_)直徑的丸體的丸狀床的經(jīng)預(yù)熱的三元?dú)怏w混合物的表觀速度應(yīng)該明顯大于1.2m/sec，憑此阻止了火焰?zhèn)鞑ネㄟ^丸狀床。雖然丸狀床中所使用的丸體的尺寸可以廣泛地不同，然而丸體的直徑尺寸一般為從1/8英寸到1/2英寸(3mm到13mm)。
[0087]阻火器的特征(例如丸狀床的深度)選擇為使得經(jīng)預(yù)熱的三元?dú)怏w混合物在阻火器上的壓降被三元?dú)怏w混合物的增加的速度以及阻火器和催化劑床之間的減少的敞開空間平衡掉，從而將在暴燃中釋放的潛在能量最小化，而不會(huì)明顯地有損于到混合容器中的壓力釋放器件的回流。在一個(gè)實(shí)施例中，丸狀床的深度至少為0.4m。
[0088]從上述說明中可以清楚，本發(fā)明能很好地適合于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)并達(dá)到這里所提及的優(yōu)勢(shì)以及本公開所固有的優(yōu)勢(shì)。雖然出于本公開的目的已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案，然而可以理解的是，可以進(jìn)行對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的并且能夠在本發(fā)明的精神下所完成的改變。
[0089]本發(fā)明可以參照下述例子來進(jìn)一步理解。[0090]例I
[0091]如圖2所示，多個(gè)具有I形支撐件的突片嵌件可以穿過狹長(zhǎng)管道上的相應(yīng)的非連續(xù)的槽而插入，從而在第一靜態(tài)混合區(qū)域中形成一個(gè)四個(gè)突片嵌件的行，以及在第二靜態(tài)混合區(qū)域中形成三個(gè)四個(gè)突片嵌件的行。第一靜態(tài)混合區(qū)域處于含甲烷和含氨氣的氣體的進(jìn)入端口之間，而第二靜態(tài)混合區(qū)域處于含氧氣體的進(jìn)入端口與出口端口之間。每個(gè)突片嵌件具有30° ±1°的角度，但第二靜態(tài)混合區(qū)域中的最下一行中的突片嵌件具有25。±1°的角度。每個(gè)突片嵌件具有約77.5cm2的表面積。每個(gè)突片嵌件從狹長(zhǎng)管道的內(nèi)部插入，并且與狹長(zhǎng)管道的外表面焊接。一行中的突片嵌件與相鄰行中的突片嵌件對(duì)齊，并且第一混合區(qū)域的突片嵌件和第二混合區(qū)域的突片嵌件對(duì)齊。突片嵌件的傾斜度可以為從O。到3°。這形成了用來制備三元?dú)怏w混合物的示例性混合容器。
[0092]混合容器還具有安裝在排放管線中的破裂膜片。在第一靜態(tài)混合區(qū)域的上游設(shè)有具有四個(gè)徑向板和中間體的流動(dòng)校正器。在第二靜態(tài)混合區(qū)域的上游和含氧氣體的進(jìn)入端口的下游設(shè)有具有四個(gè)徑向板和中間體的第二流動(dòng)校正器。
[0093]比較例A
[0094]對(duì)比用靜態(tài)混合器與例I中的示例性混合容器具有相同數(shù)量的突片嵌件和行的構(gòu)造，不同在于突片嵌件焊接到狹長(zhǎng)管道的內(nèi)表面。該對(duì)比用靜態(tài)混合器未設(shè)非連續(xù)的槽。突片嵌件的傾斜度大于8°，這導(dǎo)致了靜態(tài)混合器中的增加的旋轉(zhuǎn)和差的混合。
[0095]例 2
[0096]含甲烷和氨的反應(yīng)氣體輸入第一靜態(tài)混合區(qū)域,而含氧的反應(yīng)氣體輸入第二靜態(tài)混合區(qū)域。反應(yīng)氣體以1.2的甲烷-氧摩爾比和1: 1.5的氨-氧摩爾比來供應(yīng)，以產(chǎn)生含有約28.5%體積的氧氣的三元?dú)怏w混合物。該三元?dú)怏w混合物然后供應(yīng)到具有位于平面催化劑床上的85/15鉬/銠催化劑的反應(yīng)容器內(nèi)。反應(yīng)溫度為1000到1200°C。使用例I的示例性混合容器，三元?dú)怏w混合物可在催化劑床上具有少于0.1的變化系數(shù)CoV。另外，例I中的示例性混合容器內(nèi)的壓降小于35kPa。
[0097]例3
[0098]使用例I的示例性混合容器并在類似于例2的反應(yīng)條件下，催化劑床將具有從15°C到25°C的橫跨床的床溫度變化。該床溫度變化用于表明完全混合的三元?dú)怏w混合物。相反，對(duì)比例A的靜態(tài)混合器在類似于例2的反應(yīng)條件下產(chǎn)生了導(dǎo)致35°C到100°C的橫跨床的床溫度變化的三元?dú)怏w混合物。對(duì)比例A的靜態(tài)混合器的劣質(zhì)混合可能緣于由于在狹長(zhǎng)管道的內(nèi)側(cè)焊接而難以對(duì)齊突片嵌件。
[0099]例4
[0100]使用例I的示例性混合容器并在類似于例2的反應(yīng)條件下，反應(yīng)器波動(dòng)將導(dǎo)致大于13MPa的巨大的壓力增加，其通過可破裂膜片爆發(fā)。例I的示例性混合容器中的突片嵌件將承受住該壓力波動(dòng)而不會(huì)形變。突片嵌件將保持其形狀，且傾斜度將保持在從0°到3°。相反地，對(duì)比例A的靜態(tài)混合器的突片嵌件將無法承受住壓力波動(dòng)，并且會(huì)變形。這要求替換受損的突片嵌件和/或替換混合容器，導(dǎo)致HCN生產(chǎn)的停工期。
[0101]例5
[0102]測(cè)試?yán)齀的示例性混合容器，以確定在插入和焊接了突片嵌件之后是否存在含氧氣體、含甲烷氣體或含氨氣體經(jīng)16個(gè)非連續(xù)的槽的任何泄漏。氣體輸送到混合容器，并且混合容器被密封和加壓。使用檢測(cè)器來確定是否有任何氣體從混合容器中泄漏。沒有觀察到泄漏。
[0103]例6
[0104]將多個(gè)具有I形支撐的突片嵌件經(jīng)相應(yīng)的非連續(xù)槽插入到狹長(zhǎng)管道內(nèi)，以在靜態(tài)混合區(qū)域中形成處于含氧氣體的進(jìn)入端口和出口端口之間的四行突片嵌件，每行四個(gè)。與例I不同，在含甲烷氣體和含氨氣體的進(jìn)入端口之間未設(shè)突片嵌件。每個(gè)突片嵌件具有30° ±1°的角度，但最下一行中的突片嵌件具有25° ±1°的角度。每個(gè)突片嵌件具有約77.5cm2的表面積。每個(gè)突片嵌件從狹長(zhǎng)管道的內(nèi)部插入，并且與狹長(zhǎng)管道的外表面焊接。一行中的突片嵌件與相鄰行中的突片嵌件對(duì)齊。突片嵌件的傾斜度可以為從0°到3°。這形成了用來制備三元?dú)怏w混合物的示例性混合容器。在類似于例2的反應(yīng)條件下，CoV高于例2，這表明降低的 混合效率。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備氰化氫的方法，包括: 將含甲烷氣體、含氨氣體和含氧氣體引入到狹長(zhǎng)管道中以制造三元?dú)怏w混合物，所述狹長(zhǎng)管道包括一個(gè)或多個(gè)具有至少一個(gè)非連續(xù)槽的靜態(tài)混合區(qū)域，突片嵌件通過所述非連續(xù)槽插入，并固定到所述狹長(zhǎng)管道的外表面上；以及 使三元?dú)怏w混合物與催化劑床中的催化劑接觸，從而提供包含氰化氫的反應(yīng)產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，引入的步驟包括: 使含甲烷氣體和含氨氣體在第一靜態(tài)混合區(qū)域中混合以形成二元?dú)怏w混合物，所述第一靜態(tài)混合區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)第一行的非連續(xù)槽； 使含氧氣體和所述二元?dú)怏w混合物在第二靜態(tài)混合區(qū)域中混合以形成三元?dú)怏w混合物，其中所述第二靜態(tài)混合區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)第二行的非連續(xù)槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述三元?dú)怏w混合物在催化劑床的直徑上具有小于0.1的變化系數(shù)，優(yōu)選地在催化劑床的直徑上具有小于0.05的變化系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括使含甲烷氣體、含氨氣體和/或含氧氣體在一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)混合區(qū)域之前流經(jīng)流動(dòng)校正器，其中所述流動(dòng)校正器具有中間體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述突片嵌件在插入后相對(duì)于所述管道的內(nèi)壁具有5到45度的角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述狹長(zhǎng)管道具有4到24個(gè)非連續(xù)槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述非連續(xù)槽為I形、I形、T形、U形或V形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述突片嵌件通過形成于所述狹長(zhǎng)管道的外表面上的焊接接頭而固定在非連續(xù)槽上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述狹長(zhǎng)管道中的壓降小于35kPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述突片嵌件具有O到7度的傾斜度，優(yōu)選為O到3度的傾斜度，更優(yōu)選為O到I度的傾斜度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述突片嵌件具有能夠在所述狹長(zhǎng)管道內(nèi)的壓力變化下保持一定角度的剛性。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述三元?dú)怏w混合物包括至少25%體積的氧氣。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述三元?dú)怏w混合物具有1.2到1.6的氨-氧摩爾比和I到1.25的甲烷-氧摩爾比。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合容器在50到120oC的溫度下操作。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，不使用焊接或粘合來從內(nèi)腔固定突片嵌件。
【文檔編號(hào)】C01C3/02GK104016375SQ201310681769
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】約翰·C·卡頓, 大衛(wèi)·W·瑞貝諾德, 威廉姆·A·麥克奈特 申請(qǐng)人:英威達(dá)科技公司