使用轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)氰化氫的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于氰化氫反應(yīng)過(guò)程的分布板，所述分布板會(huì)分散三元?dú)怏w混合物射流并且有助于沿著催化劑床層均勻分布三元?dú)怏w混合物。所述分布板操作為具有低壓降。
【專利說(shuō)明】使用轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)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2012年12月18號(hào)提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/738773的優(yōu)先權(quán)，其公開的全部?jī)?nèi)容合并到本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及生產(chǎn)氰化氫的方法，更特別地是涉及包括分布板的轉(zhuǎn)化器以分散三元?dú)怏w混合物射流和輔助在催化劑床層上方分散三元?dú)怏w混合物，還涉及使用分布板的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]通常，根據(jù)Andrussow 法或 BMA 法(例如見，Ullman’ s Encyclopedia ofIndustrial Chemistry,第 A8 卷，ffeinheim, 1987 年，第 161-163 頁(yè))，以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)氰化氫(“HCN”)。例如，在Andrussow法中，通過(guò)將氨與含甲烷的氣體和含氧氣的氣體在高溫下在反應(yīng)器中，在存在適當(dāng)?shù)拇呋瘎?美國(guó)專利號(hào)1934838和6596251)下反應(yīng)，可經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)HCN。含硫化合物和甲烷的較高同系物可對(duì)甲烷的氧化氨解參數(shù)產(chǎn)生影響。例如，見 Trusov, Effect of Sulfur Compounds by Andrussow Method, Russian J.AppliedChemistry, 74:10(2001), pp 1693-1697。通過(guò)將反應(yīng)器排出氣體與氨吸收器內(nèi)的磷酸銨水溶液相接觸而將未反應(yīng)的氨從HCN中分離。將所分離的氨純化并濃縮以再循環(huán)到HCN轉(zhuǎn)化中。典型地,通過(guò)在水中吸收而將HCN從處理后的反應(yīng)器排出氣體流中回收。可通過(guò)進(jìn)一步地提純步驟來(lái)處理所回收的HCN以生產(chǎn)純化的HCN。Clean Development MechanismProject Design Document Form(CDM F1DD, Version3)，2006 不意性地解釋了 Andrussow法HCN生產(chǎn)方法。純化 后的HCN可用在氰化中，例如含烯基基團(tuán)的氰化，或例如1，3_ 丁二烯和戊烯腈的氰化，所述1，3-丁二烯和戊烯腈的氰化可用于己二腈(“ADN”)的生產(chǎn)。在BMA方法中，HCN由甲烷和氨在基本無(wú)氧并且在存在鉬催化劑下合成，導(dǎo)致產(chǎn)生HCN、氫氣、氮?dú)?、剩余氨和剩余甲燒?例如，見，Ullman，s Encyclopedia of IndustrialChemistry,第A8卷，ffeinheim, 1987年，第161-163頁(yè))。商業(yè)經(jīng)營(yíng)要求對(duì)于處理氰化氫的危險(xiǎn)性質(zhì)的工藝安全管理。(見，Maxwell等，Assuring process safety in thetransfer of hydrogen cyanide manufacturing technology, JHazMatl42(2007)677-684)。此外，來(lái)自生產(chǎn)設(shè)備的HCN生產(chǎn)方法的排放物可受制于調(diào)節(jié)，這可影響HCN生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性° (見，Crump, Economic, Impact Analysis For The Proposed Cyanide ManufcaturingNESHAP, EPA, May2000)。
[0005]在生產(chǎn)HCN中，將氨氣、含甲烷的氣體和含氧氣的氣體混合以形成供入反應(yīng)器的三元?dú)怏w混合物。三元?dú)怏w混合物與催化劑床層相接觸。典型地是，催化劑床層具有大于反應(yīng)器的供給管道的直徑并且需要將三元?dú)怏w混合物在催化劑床層上方分布。主要用于阻止回燃的阻火器已經(jīng)用于分布三元?dú)怏w混合物，如美國(guó)專利2620259 ；6491876和6656442所描述。美國(guó)專利3215495描述了由惰性耐火材料顆粒層覆蓋的惰性鋁-硅耐火材料纖維層，所述惰性鋁-硅耐火材料纖維層有助于供入氣體在催化劑床層上方的分布以避免熱點(diǎn)。
[0006]美國(guó)專利3423185描述了反應(yīng)器內(nèi)部的用于支持金屬網(wǎng)紗催化劑的格柵，在所述反應(yīng)器中氨和甲烷反應(yīng)以生產(chǎn)HCN，格柵包括多個(gè)水平布置的帶有用作反應(yīng)氣體通道的孔的陶瓷塊體，格柵的上部部分包括用于支撐絲網(wǎng)催化劑的催化劑接觸構(gòu)件以及格柵的下部部分包括用于沿反應(yīng)器的橫截面均勻分散反應(yīng)氣體的氣體分布構(gòu)件。
[0007]美國(guó)專利6221327公開了一種改進(jìn)的催化系統(tǒng)，所述催化系統(tǒng)使用了反應(yīng)區(qū)的流過(guò)輻射屏蔽，以及用于使用用于生產(chǎn)氰化氫的催化系統(tǒng)方法。催化系統(tǒng)的輻射屏蔽件可由兩個(gè)或多個(gè)輻射屏蔽層形成。在一些實(shí)施中，其中不關(guān)心經(jīng)過(guò)輻射屏蔽件的壓降，可使用多層或較厚的屏蔽件以產(chǎn)生這種壓降，其目的在于進(jìn)一步改善經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的流動(dòng)分布。
[0008]美國(guó)專利8133458公開了用于通過(guò)兩步反應(yīng)將甲烷、氨和氧氣以及堿金屬或堿土金屬氫氧化物轉(zhuǎn)化成堿金屬或堿土金屬氰化物的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括帶有氣體入口的第一階段，其中第一階段由帶有分布板的錐體形成，所述分布板在催化劑材料上方提供了均勻的氣體分布，其中分布板設(shè)置在反應(yīng)器的氣體入口和催化劑材料之間并且分布板穿有多個(gè)孔，通過(guò)將多個(gè)分布板在氣體的流動(dòng)方向中彼此間隔開，第一分布板主要用于分布?xì)怏w，而最后的分布板用作熱輻射屏蔽件和朝向催化劑材料的分布板，并且其中催化劑材料以通過(guò)催化劑重量而固定的催化劑絲網(wǎng)的形式而存在。
[0009]總之，需要高的壓降以保證三元?dú)怏w混合物的足夠分布。但是，高的壓降將導(dǎo)致產(chǎn)率損失。因此，所需要地是，改善反應(yīng)氣體在催化劑床層上方的適合于HCN生產(chǎn)的分布。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案旨在一種用于制備氰化氫的轉(zhuǎn)化器，所述轉(zhuǎn)化器包括用于引導(dǎo)選自由含甲烷的氣體、含氨的氣體、含氧氣的氣體和其混合物組成的組中的至少一種反應(yīng)氣體的狹長(zhǎng)導(dǎo)管，其中狹長(zhǎng)導(dǎo)管會(huì)產(chǎn)生優(yōu)選地具有至少25體積％的氧氣的三元?dú)怏w混合流，反應(yīng)容器包括用于接 收三元?dú)怏w混合物的入口、阻火器和催化劑床層；并且分布板設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)，位于入口的下游和阻火器的上游，分布板具有比入口大和比反應(yīng)容器的最大直徑小的直徑，其中分布板具有分布板總面積的至少50%到80%，例如50%到75%的空區(qū)域并且其中分布板包括與入口的中心對(duì)齊的實(shí)體區(qū)域。在一個(gè)方面中，實(shí)體區(qū)域和入口可同軸對(duì)齊。分布板可橫向于三元?dú)怏w混合物的流動(dòng)而設(shè)置。實(shí)體區(qū)域可具有錐形形狀的升起部分。升起部分可穩(wěn)固地固定于分布板。轉(zhuǎn)化器還可包括一個(gè)或多個(gè)將分布板與反應(yīng)容器的內(nèi)壁相連的支撐臂。一個(gè)或多個(gè)支撐臂的每一個(gè)可安裝在分布板的下游表面?？諈^(qū)域可由多個(gè)孔而限定。多個(gè)孔的每一個(gè)孔可具有從0.1mm到20_的直徑。阻火器可包括耐火陶瓷材料。耐火陶瓷材料可選自由泡沫陶瓷、陶瓷氈、丸、鋁-硅耐火非織物氈和其結(jié)合組成的組。實(shí)體區(qū)域可具有小于或等于狹長(zhǎng)導(dǎo)管的出口的直徑。分布板可具有從IOcm到290cm的范圍的直徑。轉(zhuǎn)化器還可包括在反應(yīng)容器的內(nèi)部壁和分布板的外周之間的周向間隙。實(shí)體區(qū)域可由一個(gè)或多個(gè)插入在多個(gè)孔的至少一部分中的能移除的裝置而限定，使得分布板具有分布板總面積的50%到80%的空區(qū)域。一個(gè)或多個(gè)能移除的裝置可選擇由螺栓、鉚釘、螺紋插件、鍛件或其結(jié)合組成的組。在一個(gè)方面中，實(shí)體區(qū)域可包括具有錐形形狀的升起部分。升起部分安裝為指向分布板。
[0011]本發(fā)明的第二實(shí)施方案旨在一種用于制備氰化氫的轉(zhuǎn)化器，所述轉(zhuǎn)化器包括用于引導(dǎo)選自由含甲烷的氣體、含氨的氣體、含氧氣的氣體和其混合物組成的組中的至少一種反應(yīng)氣體的狹長(zhǎng)導(dǎo)管，其中狹長(zhǎng)導(dǎo)管會(huì)產(chǎn)生三元?dú)怏w混合流；反應(yīng)容器包括用于接收三元?dú)怏w混合物的入口、阻火器和催化劑床層；并且分布板設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)，位于入口的下游和阻火器的上游，其中分布板具有由來(lái)自分布板的總面積的50%到80%的多個(gè)孔限定的空區(qū)域以及其中分布板包括具有為錐形形狀的升起部分的實(shí)體區(qū)域。
[0012]本發(fā)明的第三實(shí)施方案旨在一種用于制備氰化氫的方法，所述方法包括將含甲烷的氣體、含氨的氣體、含氧氣的氣體的三元?dú)怏w混合物提供到反應(yīng)容器的至少一個(gè)入口 ；使三元?dú)怏w混合物的至少一部分經(jīng)過(guò)分布板以形成均勻分布的氣體混合物，其中分布板設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)入口的下游，分布板具有比反應(yīng)容器的入口大和比反應(yīng)容器的最大內(nèi)直徑小的直徑，其中分布板具有分布板總面積的至少50%到80%，例如50%到75%的空區(qū)域并且其中分布板包括與入口的中心對(duì)齊的實(shí)體區(qū)域；將均勻分布的氣體混合物與反應(yīng)容器內(nèi)的催化劑接觸以提供包括氰化氫的反應(yīng)產(chǎn)物；以及回收來(lái)自反應(yīng)器的至少一個(gè)出口的氰化氫。在一個(gè)實(shí)施方案中，均勻分布的氣體混合物具有沿催化劑床層的直徑小于0.1的變化系數(shù)。反應(yīng)容器還可包括處于分布板下游的阻火器，其中阻火器包括耐火陶瓷材料。三元?dú)怏w混合物可具有沿催化劑床層的直徑小于0.1，優(yōu)選的沿催化劑床層的直徑小于0.05的變化系數(shù)。反應(yīng)容器內(nèi)的壓降可小于150kPa。三元?dú)怏w混合物可包括至少25體積％的氧氣。含氧氣的氣體可包括至少80體積％的氧氣。三元?dú)怏w混合物可具有從1.2到1.6的氨-氧氣摩爾比和從I到1.25的甲烷-氧氣摩爾比?？諈^(qū)域可由多個(gè)孔限定，其中多個(gè)孔中的每一個(gè)孔具有從Imm到20_的直徑。實(shí)體區(qū)域可具有錐形形狀的升起部分。升起部分可穩(wěn)固地固定于分布板。分布板可具有從IOcm到290cm,優(yōu)選從20cm到IOOcm的范圍的直徑。分布板可具有從5到20mm，優(yōu)選從10到18mm的范圍的厚度。分布板可在反應(yīng)容器內(nèi)提供均勻線速度的三元?dú)怏w混合物，其中相同的線速度可由平均線速度變化±5%。實(shí)體區(qū)域可由一個(gè)或多個(gè)插入在多個(gè) 孔的至少一部分中的能移除的裝置來(lái)限定，使得分布板具有分布板總面積的50%到80%的空區(qū)域。能移除的裝置可選擇由螺栓、鉚釘、螺紋插件、鍛件或其結(jié)合組成的組。
[0013]本發(fā)明的第四實(shí)施方案旨在一種用于制備氰化氫的方法，所述方法包括提供包含至少25%體積的氧氣的三元?dú)怏w混合物；使三元?dú)怏w混合物的至少一部分經(jīng)過(guò)分布板以形成均勻分布的氣體混合物，其中分布板設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)，位于入口的下游，分布板具有比反應(yīng)容器入口大和比反應(yīng)容器的最大內(nèi)直徑小的直徑，其中分布板具有分布板總面積的50%到80%的空區(qū)域并且其中分布板包括與入口的中心對(duì)齊的實(shí)體區(qū)域；所述方法還包括將均勻分布的氣體混合物與反應(yīng)容器內(nèi)的催化劑相接觸以提供包含氰化氫的反應(yīng)產(chǎn)物；以及所述方法還包括回收來(lái)自反應(yīng)器的至少一個(gè)出口的氰化氫，其中均勻分布的氣體混合物具有沿催化劑床層的直徑小于0.1的變化系數(shù)。
[0014]本發(fā)明的第五實(shí)施方案旨在一種用于制備氰化氫的方法,所述方法包括將含有含甲烷的氣體、含氨的氣體，以及含氧氣的氣體的三元?dú)怏w混合物提供到反應(yīng)容器的至少一個(gè)入口 ；使三元?dú)怏w混合物的至少一部分經(jīng)過(guò)分布板以形成均勻分布的氣體混合物，其中分布板具有由多個(gè)孔限定的為分布板總面積的50%到80%的空區(qū)域并且其中分布板包括具有錐形形狀的升起部分的實(shí)體區(qū)域；所述方法還包括將均勻分布的氣體混合物與反應(yīng)容器內(nèi)的催化劑相接觸以提供包含氰化氫的反應(yīng)產(chǎn)物；以及所述方法還包括回收來(lái)自反應(yīng)器的至少一個(gè)出口的氰化氫，其中均勻分布的氣體混合物具有沿催化劑床層的直徑小于0.1的變化系數(shù)。
[0015]本發(fā)明的第六實(shí)施方案旨在一種用于制備氰化氫的方法，所述方法包括提供包含至少25%體積的氧氣的三元?dú)怏w混合物；使三元?dú)怏w混合物的至少一部分經(jīng)過(guò)分布板以形成均勻分布的氣體混合物，其中分布板設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)，位于入口的下游，分布板具有多個(gè)直徑在1_到20mm范圍內(nèi)的孔和由一個(gè)或多個(gè)插入在多個(gè)孔的至少一部分中的可移除的裝置而限定的實(shí)體區(qū)域，使得分布板具有分布板總面積的50%到80%的空區(qū)域；所述方法還包括將均勻分布的氣體混合物與反應(yīng)容器內(nèi)的催化劑相接觸以提供包含氰化氫的反應(yīng)產(chǎn)物；和所述方法還包括回收來(lái)自反應(yīng)器的至少一個(gè)出口的氰化氫，其中均勻分布的氣體混合物具有沿催化劑床層的直徑小于0.1的變化系數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方案中，可移除的裝置選自由螺栓、鉚釘、螺紋插件、鍛件或其結(jié)合組成的組。在一個(gè)實(shí)施方案中，實(shí)體區(qū)域與入口的中心對(duì)齊。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的HCN合成系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的示意性流程圖。
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的分布板的頂視圖。
[0018]圖3A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的具有錐形形狀的實(shí)體區(qū)域的分布板的側(cè)視圖。
[0019]圖3B是圖3A中的分布板的透視圖。
[0020]圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的反應(yīng)容器的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]此處所用之術(shù)語(yǔ)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(shuō)明書中使用的用語(yǔ)“包括”和/或“包括有”時(shí)說(shuō)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(yǔ)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(guò)渡性用語(yǔ)“包含”、“包括”或“含有”來(lái)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(guò)渡性用語(yǔ)“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(lái)執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作。本發(fā)明的說(shuō)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(lái)說(shuō)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(lái)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(guò)BMA法來(lái)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。催化劑典型地為絲網(wǎng)(mesh)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)、網(wǎng)紗、突片嵌件、球體、塊體、泡沫、浸潰涂層和清洗涂層。
[0026]天然氣典型地用作甲烷來(lái)源，而空氣、富氧空氣或純氧可用作氧源。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解地是，甲烷源可變化并且可從可再生資源例如為垃圾填埋場(chǎng)、農(nóng)場(chǎng)、來(lái)自發(fā)酵的沼氣而獲得，或由化石燃料例如天然氣、石油伴生氣、煤氣和氣水合物而獲得，如 VN Parmon 在 “Source of Methane for Sustainable Development，，第 273-284中， 和 Derouane 等在 “Sustainable Strategies for the Upgrading of NaturalGas:Fundamentals, Challenges, and Opportunities (2003) ” 中所描述。
[0027]大體上講，圖1顯示了 HCN合成系統(tǒng)100。HCN—般在轉(zhuǎn)化器102中制備，轉(zhuǎn)化器102包含狹長(zhǎng)導(dǎo)管104和反應(yīng)容器106。在Andrussow法中，將包括含氧氣的氣體進(jìn)料流108、含甲烷的氣體進(jìn)料流110、和含氨的氣體進(jìn)料流112的反應(yīng)氣體引入到狹長(zhǎng)導(dǎo)管104中。注意地是，圖1中顯示的進(jìn)料位置是示意性的，并不顯示將反應(yīng)劑供入狹長(zhǎng)管道104中的順序。在一些實(shí)施方案中，含甲烷體進(jìn)料流110和含氨氣體進(jìn)料流112可在引入到狹長(zhǎng)導(dǎo)管104之前混合。在一個(gè)實(shí)施方案中，狹長(zhǎng)導(dǎo)管104可包括一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)混合區(qū)，所述靜態(tài)混合區(qū)具有用于產(chǎn)生徹底混合的三元?dú)怏w混合物114的突片嵌件。在一個(gè)實(shí)施方案中，三元?dú)怏w混合物114包含至少25%體積的氧。在一些實(shí)施方案中，三元?dú)怏w混合物114可包含至少28%體積的氧。三元?dú)怏w混合物114離開狹長(zhǎng)管道104并且與包含在反應(yīng)容器106內(nèi)的催化劑接觸以形成包括HCN的粗氰化氫產(chǎn)品116。催化劑可處于催化劑床層118中。
[0028]在三元?dú)怏w混合物114與催化劑床層118接觸之前，其會(huì)接觸分布板120。分布板120用作沖擊板以將進(jìn)入反應(yīng)容器106的三元?dú)怏w混合物射流分散?！吧淞鳌鄙婕熬劢褂谝粋€(gè)位置的氣體流。由于反應(yīng)容器106的入口小于反應(yīng)容器106的直徑，因此三元?dú)怏w混合物114很容易射流。射流會(huì)產(chǎn)生會(huì)在催化劑床層上導(dǎo)致熱點(diǎn)的非均勻線速度。分布板120與反應(yīng)容器106的入口間隔開并且處于催化劑床層118的上游。三元?dú)怏w混合物114進(jìn)入反應(yīng)容器106中并且具有需要被分散以避免催化劑床層118中的熱點(diǎn)的射流。有利地是，本發(fā)明使用了適用于分散三元?dú)怏w混合物114的射流的分布板120，而沿著分布板120沒(méi)有顯著壓降。這阻止 了反應(yīng)容器106內(nèi)的大的壓降。在一些實(shí)施方案中，分布板120也可根據(jù)需要用于進(jìn)一步混合三元?dú)怏w混合物114。
[0029]反應(yīng)容器106也可包含位于分布板120下游的阻火器122、相鄰于催化劑床層118的輻射防護(hù)板124和在催化劑床層118下游的催化劑支撐組件126。
[0030]在圖1和4中顯示的阻火器122可包括堆積材料床層或負(fù)載在籃子中的陶瓷丸，并且空間上所述阻火器設(shè)置在催化劑床層118的上游。陶瓷耐火材料例如陶瓷丸、泡沫陶瓷、陶瓷纖維氈、鋁-硅耐火非織物氈以及其結(jié)合等可用在阻火器122中。盡管用在丸床層中的丸的尺寸可非常寬范圍地變化，但是丸的直徑通常為1mm到20mm，例如3mm到13mm。在一個(gè)實(shí)施方案中，丸床層的深度至少為0.4m，例如至少0.5m。適當(dāng)?shù)奶沾赡突鸩牧辖M成的非限定性的例子包括至少90重量％的鋁，例如至少95重量％的鋁。優(yōu)選地，阻火器122包含少于10重量％的二氧化硅，例如少于6重量％的二氧化硅。阻火器122也加強(qiáng)了三元?dú)怏w混合物144的混合并且沿著催化劑床層118產(chǎn)生了的基本均勻組成的三元?dú)怏w混合物144。應(yīng)理解地是，阻火器122基本降低了受熱的三元?dú)怏w混合物114從暴燃徹底過(guò)渡到爆炸而變得能夠爆炸的可能性。
[0031]阻火器122有助于沿著催化器床層118均勻地分布三元?dú)怏w。分布板120和阻火器122 —起操作以提供均勻分布的三元?dú)怏w混合物。有利地是，當(dāng)通過(guò)分布板120分散了三元?dú)怏w混合物114的射流時(shí)，會(huì)實(shí)現(xiàn)均勻分布。沒(méi)有分布板，穿過(guò)阻火器122的線速度可不相同并且線速度的變化可導(dǎo)致燃燒，在催化劑床層中產(chǎn)生熱點(diǎn)或孔。這會(huì)導(dǎo)致在催化劑床層上的其他問(wèn)題，包括降低的HCN產(chǎn)率和三元?dú)怏w混合物的繞流。有利地是，通過(guò)使用分布板分散射流，可在阻火器122內(nèi)保持相同的線速度。在一個(gè)方面中，經(jīng)過(guò)催化劑床層的速度為至少2m/s，例如至少5m/s或至少7m/s。較高的線速度可用于提高產(chǎn)率。為了本發(fā)明的目的，分散射流會(huì)降低線速度的變化并且保持相同的線速度。在反應(yīng)容器106內(nèi)的任何兩點(diǎn)之間，相同的線速度會(huì)變化±5%。
[0032]反應(yīng)容器106也可包括換熱器128，例如余熱沸騰器，用于冷卻粗氰化氫產(chǎn)品116。盡管沒(méi)有在圖1或4中顯示，但是優(yōu)選使阻火器122、輻射防護(hù)板124和催化劑支撐組件126與反應(yīng)容器106的內(nèi)壁相鄰以阻止三元?dú)怏w混合物的繞過(guò)。換句話說(shuō)，阻火器122、輻射防護(hù)板124和催化劑支撐組件126的橫截面平面面積大于分布板120的面積。
·[0033]在氨回收區(qū)130中可從粗氰化氫產(chǎn)品116中回收氨并且通過(guò)管路132返回。HCN可在HCN提純區(qū)134中進(jìn)一步提純到預(yù)期使用所要求的純度。在一些實(shí)施方案中，HCN可為包含少于IOOmpm的水的高純度。
[0034]將反應(yīng)氣體提供到狹長(zhǎng)導(dǎo)管以提供三元?dú)怏w混合物，所述三元?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)、以及從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)示例性的實(shí)施例中，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混合物中氧含量可根據(jù)這些摩爾比而變化。在一個(gè)實(shí)施方案中，三元?dú)怏w混合物包含至少25體積％的氧，例如至少28體積％的氧。在一些實(shí)施方案中，三元?dú)怏w混合物包含從25%到32體積％的氧，例如從26%到30體積％的氧。可使用多種控制系統(tǒng)以調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體流。例如,可使用測(cè)量反應(yīng)氣體進(jìn)料流的流速、溫度、壓力并且允許控制系統(tǒng)將壓力補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償?shù)牧魉佟皩?shí)時(shí)”反饋提供給操作者和/或控制裝置的流量計(jì)。
[0035]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(guò)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(wèn)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(yǔ)言(例如C++、JAVA等)來(lái)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。
[0036]在一個(gè)實(shí)施方案中，進(jìn)入反應(yīng)容器106的三元?dú)怏w混合物為徹底混合并且具有沿催化劑床層的直徑小于0.1，或更優(yōu)選為小于0.05并且甚至更有選為小于0.01的變化系數(shù)(CoV)。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。CoV定義為標(biāo)準(zhǔn)偏差σ與平均值μ的比值。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以上操作，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，但是高于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(wàn)美元的損失。分布板保持了在混合器中實(shí)現(xiàn)的低CoV以使得反應(yīng)器和方法實(shí)現(xiàn)較高的HCN產(chǎn)率以改善操作性能。[0037]通常，隨著三元?dú)怏w混合物的分散，轉(zhuǎn)化器和特別是反應(yīng)容器內(nèi)的壓降預(yù)期為增加。對(duì)于復(fù)雜的分布板和對(duì)于多個(gè)分布板這是特別真實(shí)的。最小化壓降可降低三元?dú)怏w混合物的最大壓力并且因此降低在萬(wàn)一爆炸情況下的潛在壓力。為了有助于分布，可將射流分散。大體均勻分布的三元?dú)怏w可沿著反應(yīng)器床層達(dá)到大體相同的平均速度和/或溫度并且避免了催化劑床層上的熱點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，反應(yīng)容器106內(nèi)的壓降為小于150kPa，例如從35到125kPa。除非另有說(shuō)明，否則所有壓力均為絕對(duì)壓力。優(yōu)選較小的壓降。
[0038]圖2是分布板120上游表面的頂視圖，所述分布板沿著反應(yīng)器床層分散射流以提供相同的線速度，即在平均線速度的±5%內(nèi)，而沒(méi)有高的壓降。如所示，分布板120為大體圓形，但是在其他實(shí)施方案中可使用任何適當(dāng)?shù)男螤?，例如矩形、方形、卵圓形、橢圓形、三角形或其他的與反應(yīng)容器的形狀相應(yīng)的多邊形形狀。在一個(gè)實(shí)施方案中，分布板120具有大于反應(yīng)容器106的入口并小于反應(yīng)容器106的最大內(nèi)直徑的直徑。入口具有可與混合室類似的內(nèi)直徑并且通常為5到60cm，例如從10到35cm。反應(yīng)容器106的內(nèi)直徑可根據(jù)工業(yè)設(shè)備而變化，并且可為從50到300cm，例如從75到200cm。示例性的分布板可具有從IOcm到290cm (例如從20cm到100cm)變化的直徑。在一個(gè)實(shí)施方案中，分布板120具有不接觸反應(yīng)容器106的內(nèi)側(cè)壁148的周向邊緣150，如圖4所示，因此留下了用于三元?dú)怏w圍繞分布板120而經(jīng)過(guò)的周向間隙。分布板120可設(shè)置為橫向于進(jìn)入反應(yīng)器的三元?dú)怏w混合物的流動(dòng)。分布板120包含實(shí)體區(qū)域140和通過(guò)區(qū)域143間隔開的多個(gè)孔142。在一個(gè)方面，分布板120可具涂層。在一個(gè)方面，分布板120可為大體平狀。在其他實(shí)施方案中，如圖3A和3B所示，分布板120在實(shí)體區(qū)域140中可具有升起的錐形形狀體141。在操作和常規(guī)處理期間，分布板120的厚度可足以支撐其自身重量，并且可根據(jù)反應(yīng)容器106內(nèi)的需要而變化。在一個(gè)實(shí)施方案中，分布板120可具有從5到20mm (例如從10到18mm)的厚度。
[0039]實(shí)體區(qū)域140可通常占據(jù)分布板120的中心點(diǎn)，并且與反應(yīng)容器入口的中心點(diǎn)對(duì)齊。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，實(shí)體區(qū)域140可與反應(yīng)器入口的中心點(diǎn)同軸對(duì)齊。實(shí)體區(qū)域140會(huì)將三元?dú)怏w混合物流分散以幫助均勻分布穿過(guò)和圍繞分布板120的三元?dú)怏w混合物。此外，實(shí)體區(qū)域140可阻止三元?dú)怏w混合物在催化劑床層中產(chǎn)生熱點(diǎn)。[0040]實(shí)體區(qū)域140可具有與分布板120的形狀相應(yīng)的形狀。在一些實(shí)施方案中，實(shí)體區(qū)域140的形狀可與反應(yīng)器的入口相似。實(shí)體區(qū)域140可具有可近似為或小于反應(yīng)器入口直徑的直徑。應(yīng)當(dāng)理解地是，當(dāng)實(shí)體區(qū)域140大體上不為圓形時(shí)，用語(yǔ)“直徑”可指實(shí)體區(qū)域140的形狀的最大內(nèi)直徑。
[0041]為了本發(fā)明的目的，實(shí)體區(qū)域140優(yōu)選地具有小于或等于分布板120的直徑的直徑。分布板120的直徑⑴和實(shí)體區(qū)域140的直徑(y)可滿足下面關(guān)系:&1<|<0_7，例
如0_ 15 < + < 0.6，0.2<^< 0.5 ’更優(yōu)選為0.25 <^< 0.35 ,不論實(shí)體區(qū)域140是平狀還是
JiΛ.Λ
升起狀，所述關(guān)系是相同的。當(dāng)實(shí)體區(qū)域140的直徑太小時(shí)，三元?dú)怏w混合物流不能被完全分散并且此外，三元?dú)怏w混合物不能被充分地分布。實(shí)體區(qū)域140具有少于分布板的總面積的25%，例如少于20%的面積。有利地是，這使得本發(fā)明的分布板能夠分散射流，同時(shí)仍提供具有沿催化劑床層的直徑小于0.1的低CoV的三元?dú)怏w混合物。
[0042]在一個(gè)實(shí)施方案中，實(shí)體區(qū)域140可不包含孔。實(shí)體區(qū)域140可由通過(guò)附著于分布板120的適當(dāng)材料例如焊接材料或金屬片材而填充孔而形成。在一些實(shí)施方案中，可根據(jù)需要將螺栓、鉚釘、螺紋插件、鍛件或其他能移除的裝置設(shè)置在孔中以限定實(shí)體區(qū)域140。這提供了可調(diào)整的實(shí)體區(qū)域140，所述實(shí)體區(qū)域可根據(jù)需要而重新定位以沿著催化劑床層分散三元?dú)怏w混合物。此 外，可根據(jù)需要將螺栓、鉚釘或其他能移除的裝置進(jìn)行更換和清潔以移除在實(shí)體區(qū)域或分布板表面上的任何沉積物。
[0043]如圖3Α和3Β所示，實(shí)體區(qū)域140可具有為錐形形狀141的升起部分。升起部分可為實(shí)體或中空。錐形形狀體141直接穩(wěn)定地固定于分布板120。隨著三元?dú)怏w混合物114進(jìn)入頭部空間154，錐形形狀體141會(huì)在混合物接觸分布板120之前而將其分散。因此，錐形形狀體141也可稱之為預(yù)分散器。錐形形狀體141可占據(jù)實(shí)體區(qū)域140的部分或整體。在一個(gè)實(shí)施方案中，錐形形狀體141可具有小于分布板的半徑的高度。錐形形狀體可為正圓錐或斜圓錐。錐形形狀可具有尖的、圓的、方的、鈍角的、斜角的等的頂點(diǎn)?？蓛?yōu)選為尖刀形狀的頂點(diǎn)。錐形形狀體的側(cè)部可為平滑并且通常朝向分布板120逐漸成錐形。錐形形狀體的側(cè)部的斜度或角度可為從5°到75°，例如從10°到60°。
[0044]在一個(gè)任選的實(shí)施方案中，實(shí)體區(qū)域140中的升起部分可具有其他形狀例如棱錐形狀或具有多個(gè)表面的棱柱。替代性的錐形形狀可為具有方形頂點(diǎn)或平狀頂點(diǎn)的柱形形狀或梯形形狀。
[0045]多個(gè)孔142限定了分布板120的至少50%到80%，例如從50%到75%的空區(qū)域。50%到80%的范圍的空區(qū)域有利地使得本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了沿著分布板120小于IkPa (例如小于0.5kPa)的低壓降。因此，所分散的射流對(duì)反應(yīng)容器106內(nèi)的整體壓降具有最小的影響?？?42的數(shù)量不受限并且可變化以達(dá)到所要求的空區(qū)域?？椎氖綐涌蔀橥臓?、成行對(duì)齊、錯(cuò)排或成網(wǎng)格，例如菱形網(wǎng)格、方形網(wǎng)格、六邊形網(wǎng)格、矩形網(wǎng)格、平行四邊形網(wǎng)格或等邊形網(wǎng)格等。例如,在六邊形網(wǎng)格中,對(duì)于空區(qū)域的理論限制為約90%。在這種式樣中的孔可均勻間隔開?？?42可以任何適當(dāng)?shù)姆绞絹?lái)制成，例如對(duì)分布板120鉆孔或沖壓?？?42可具有尖銳、倒角或倒圓的邊緣。在孔之間的區(qū)域143可為平狀。多個(gè)孔142的每一個(gè)孔可具有從Imm到20mm,例如從5mm到18mm或從12mm到15mm的直徑。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)孔可具有相似的直徑。當(dāng)使用不同尺寸的孔時(shí)，較大的孔可靠近分布板120的外側(cè)周向。在孔之間的區(qū)域143可大體為平狀。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用機(jī)加工或拋光來(lái)將分布板處理到大約125微英寸(3.2微米)的表面粗糙度(rms)。
[0046]在一個(gè)實(shí)施方案中，穿過(guò)分布板120的孔142的壁可大體平行以允許三元?dú)怏w混合物經(jīng)過(guò)并且可有助于沿著催化劑床層均勻分布三元?dú)怏w混合物。任選地是，壁可從上游表面向下游表面逐漸變變尖或下游表面與上游表面成5°到60°的角。
[0047]如圖4所示，分布板120設(shè)置在反應(yīng)容器106內(nèi)，位于入口 144的下游以及阻火器122和催化劑床層118的上游。分布板120可在頭部空間154內(nèi)使得分布板120通過(guò)一個(gè)或多個(gè)支撐臂146與入口 144和阻火器122間隔開。在一個(gè)實(shí)施方案中，分布板120與入口間隔開使得周向間隙152等于或大于入口區(qū)域。一個(gè)或多個(gè)支撐臂146連接于分布板120的下游表面并且安裝到反應(yīng)容器106的側(cè)壁148處。支撐臂146的數(shù)量可從一個(gè)到十個(gè)，例如從三個(gè)到八個(gè)變化。
[0048]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，可將分布板120焊接，例如點(diǎn)焊到支撐臂146和反應(yīng)容器106的內(nèi)側(cè)表面。這提供了周向間隙152。在一個(gè)任選的實(shí)施方案中，分布板120可與反應(yīng)容器106的內(nèi)表面滑動(dòng)式配合或可設(shè)置在環(huán)形支撐環(huán)上。
[0049]在圖4中顯示的錐形形狀體141對(duì)入口 144的中心點(diǎn)對(duì)齊，優(yōu)選地同心對(duì)齊。分布板120也可對(duì)入口 144的中心點(diǎn)對(duì)齊。
[0050]分布板120的周界150可為圓形或方形。周界150不接觸側(cè)壁148并且限定了在側(cè)壁148和分布板120之間的周向空隙152。隨著三元?dú)怏w混合物114分散穿過(guò)并圍繞分布板120，三元?dú)怏w混合物可流過(guò)周向空隙152。在一個(gè)實(shí)施方案中，周向空隙152可具有等于或大于分布板120總面積的面積。因此，周向空隙152可具有大于空區(qū)域的面積，例如至少大兩倍或三倍 。這可使得大部分的三元?dú)怏w混合物圍繞分布板120而經(jīng)過(guò)。
[0051]為了在反應(yīng)容器106內(nèi)提供低的壓降，必須通過(guò)具有較少的板來(lái)降低分布板120的總表面積。一個(gè)分布板120足以分散射流。因此,優(yōu)選地,在反應(yīng)容器106中具有一個(gè)分布板120，但是當(dāng)分布板的表面積不會(huì)使壓降增加時(shí)，可使用多個(gè)板。
[0052]在轉(zhuǎn)化器以及特別是在反應(yīng)容器內(nèi)也應(yīng)當(dāng)避免在不良的操作條件下的暴燃的風(fēng)險(xiǎn)或爆炸的影響。如這里所使用的用語(yǔ)“暴燃”是指相對(duì)于未燃燒的氣體在緊鄰于火焰之前處以亞音速傳播的燃燒波。“爆炸”是指相對(duì)于未燃燒的氣體在緊鄰于火焰之前處以超音速傳播的燃燒波。暴燃典型地導(dǎo)致適度的壓力上升，但是爆炸可導(dǎo)致特別大的壓力上升。本發(fā)明提供了通過(guò)分散射流而實(shí)現(xiàn)沿催化劑床層均勻分散三元?dú)怏w混合物的有利的解決方法，同時(shí)最小化了反應(yīng)容器內(nèi)的壓降。
[0053]分布板120的構(gòu)造材料可變化并且可為任何能與三元?dú)怏w混合物相共存的，能夠承受反應(yīng)器內(nèi)的設(shè)計(jì)溫度和壓力而不會(huì)顯著劣化的材料，并且所述材料不會(huì)在催化劑床層之前促進(jìn)三元?dú)怏w混合物內(nèi)的氣體的反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，分布板可由不銹鋼材料構(gòu)造成，所述不銹鋼材料包括但不限于310SS、316SS和316L。
[0054]阻火器122空間上設(shè)置在催化劑床層118的上方以在其之間提供空間。阻火器會(huì)熄滅反應(yīng)容器內(nèi)的由回燃導(dǎo)致的任何上游燃燒。分布板120可阻止射流燃燒式穿過(guò)阻火器122?？裳刂鴼んw的限定了內(nèi)部反應(yīng)容器的內(nèi)壁的至少一部分和催化劑設(shè)置泡沫陶瓷。泡沫陶瓷最小化了供給氣體旁路，這是由于當(dāng)反應(yīng)器停止時(shí)催化劑會(huì)收縮。設(shè)置在催化劑床層的上方的泡沫陶瓷用于在反應(yīng)器的操作期間，最小化三元?dú)怏w體積、降低壓降并且抑制自由基的形成。在殼體的每個(gè)出口中設(shè)置了套管并且在催化劑床層和余熱沸騰器的上部部分之間提供了流體傳遞。下部支撐件大體與催化劑床層的下表面相鄰而設(shè)置，所述下部支撐件具有大體蜂窩結(jié)構(gòu)以降低沿下部支撐件的壓降。
[0055]在催化劑床層118中進(jìn)行了反應(yīng)以生產(chǎn)HCN。用在Andrussow法的催化劑床層118中的適合的催化劑包含第珊組金屬。第VDI組金屬包括鉬、銠、銥、鈀、鋨或釕并且催化劑可為這些金屬、這些金屬的混合物或兩種或多種這些金屬的合金。將包含基于催化劑總重量而從50重量％到100重量％的鉬的催化劑用于多個(gè)用于HCN生產(chǎn)的實(shí)例中。但是，通常優(yōu)選的催化劑是金屬、包含基于催化劑總重量而至少85重量％的鉬和最多15重量％的銠或至少90重量％的鉬和最多10重量％的銠的混合物或合金。
[0056]催化劑床層118可為一層或多層適合于進(jìn)行反應(yīng)的金屬絲網(wǎng)、網(wǎng)紗或其他堆疊或適合于進(jìn)行反應(yīng)的取向的結(jié)構(gòu)，例如波紋結(jié)構(gòu)。在一個(gè)示例性的實(shí)施方案中，催化劑床層118為具有不同網(wǎng)眼尺寸的編織網(wǎng)紗層的形式。網(wǎng)紗的層數(shù)和網(wǎng)眼尺寸以及金屬絲直徑可取決于過(guò)程的特定操作參數(shù)而變化。但是，通常當(dāng)使用多層金屬網(wǎng)紗作為催化劑床層118時(shí)，絲網(wǎng)網(wǎng)紗具有從16到31個(gè)開口每直線厘米的網(wǎng)眼尺寸并且具有從0.076mm到0.228mm的金屬絲直徑。
[0057]點(diǎn)火孔160延伸經(jīng)過(guò)輻射防護(hù)板124。點(diǎn)火孔160使得點(diǎn)火器能夠接觸催化劑床層118的上部表面并且點(diǎn)燃催化劑床層118。也可使用不需要輻射防護(hù)板124中的孔的其他點(diǎn)火技術(shù)。在下文中將詳細(xì)描述催化劑床層118的點(diǎn)火。
[0058]材料的其他層例如網(wǎng)紗設(shè)置在點(diǎn)火孔160的底部以增加點(diǎn)火孔區(qū)域中的壓降從而平衡沿催化劑床層118的直徑的壓降。因此，催化劑床層118具有沿著催化劑床層118的整個(gè)表面和結(jié)構(gòu)大體相同的壓降。即，催化劑床層118的在點(diǎn)火孔160下方部分(即，材料的額外的層)的寬度大體上等于點(diǎn)火孔160的寬度。盡管這里已經(jīng)將材料的額外層稱之為“網(wǎng)紗”，但是應(yīng)當(dāng)理解地是該材料可為任何類型的能夠增加沿垂直于經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化器102的氣體反應(yīng)物的流動(dòng)方向的橫截面 的速度場(chǎng)均勻性的材料。例如，如果催化劑床層118由丸狀體形成，則材料的額外層也可由丸狀體、材料片體、網(wǎng)紗或相同或相似材料的結(jié)合而形成。
[0059]返回到狹長(zhǎng)導(dǎo)管104，可存在有一個(gè)或多個(gè)用于混合反應(yīng)氣體以形成三元?dú)怏w混合物114的混合器(未示出)。混合器的形狀和尺寸能夠徹底并快速地混合反應(yīng)氣體。混合器可為以這里所描述的方式而作用的任何混合器。可用于本發(fā)明的實(shí)踐的混合器的非限定例子為二元混合器、三元混合器、動(dòng)態(tài)混合器、靜態(tài)混合器等。混合器的尺寸可非常寬地變化并且在很大程度上將取決于反應(yīng)容器106的容積。
[0060]在一個(gè)實(shí)施方案中，使用渦流產(chǎn)生板混合器來(lái)提供大體均勻的混合物。VORTAB?是適當(dāng)?shù)谋粍?dòng)混合元件,其用于可從Chemineer, Inc.的作為HEV(高效潤(rùn)流)生產(chǎn)線的一部分而得到的高效靜態(tài)混合器中。通常，HEV混合器包括梯形板，所述梯形板以與混合器殼體成一定角度安裝并且通過(guò)交替轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生細(xì)小的渦流以通過(guò)最小的壓力損失來(lái)混合所經(jīng)過(guò)的流體流束，同時(shí)保持與湍流相關(guān)的相對(duì)平穩(wěn)的速度場(chǎng)。
[0061]在一個(gè)實(shí)施方案中，混合器可包含具有一行或多行的靜態(tài)混合區(qū)，每行具有一個(gè)或多個(gè)適合產(chǎn)生混合反應(yīng)氣體的渦流的板。板可為正方形或矩形形狀。為了避免任何額外的壓降，混合器應(yīng)當(dāng)在狹長(zhǎng)導(dǎo)管內(nèi)以小于150kPa，例如小于125kPa或小于35kPa的壓降下實(shí)現(xiàn)徹底混合。
[0062]用于本發(fā)明的目的的徹底混合的三元?dú)怏w具有沿催化劑床層小于0.1，更有選為小于0.05以及甚至更優(yōu)選為小于0.01的CoV。在范圍方面，CoV可為從0.001到0.1，或更優(yōu)選地從0.001到0.05。低CoV有利于增加反應(yīng)物轉(zhuǎn)化成HCN的產(chǎn)率。完全混合的三元?dú)怏w有利地增加了 HCN的產(chǎn)率，并且回報(bào)更高產(chǎn)量的HCN。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。
[0063]在一個(gè)實(shí)施例中，混合器也可包括任選的流動(dòng)校正器(未示出)。任選的流動(dòng)校正器可具有在氣體供給流束接觸靜態(tài)混合區(qū)之前校正流動(dòng)的結(jié)構(gòu)體。流動(dòng)校正器也可攪動(dòng)在導(dǎo)管的整個(gè)區(qū)域周圍的氣體，并且大體上阻止反應(yīng)氣體直接向下流到導(dǎo)管的中部。當(dāng)使用流動(dòng)校正器時(shí)，其可設(shè)置為鄰近每個(gè)入口并遠(yuǎn)離靜態(tài)混合器。
[0064]使用高氧含量的含氧源(即，低含量的惰性氣體例如氮?dú)?提供了降低下游設(shè)備的尺寸和操作成本的機(jī)會(huì)，否則必須處理大體積的惰性氮?dú)?。在一個(gè)實(shí)施方案中，含氧氣的氣體包含大于21體積％的氧氣,例如大于28體積％的氧氣，大于80體積％,大于90體積％,大于95體積％，或大于99體積％的氧氣。為了清楚的目的，這里，每當(dāng)使用用語(yǔ)“富氧空氣”時(shí)，該用語(yǔ)意在包含大于21體積％的氧氣含量和包含100體積％ (即純氧)的氧氣含量。每當(dāng)使用用語(yǔ)“含氧氣體進(jìn)料流”時(shí)，該用語(yǔ)意在包含多達(dá)21體積％的氧氣含量和包括100體積％ (即純氧)的氧氣含量。由于使用了含氧氣氣體進(jìn)料流或純氧，其應(yīng)當(dāng)具有比空氣少的雜質(zhì)并且因此分布板中的孔不大可能被堵塞。[0065]從上述說(shuō)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參照下面的實(shí)施例可進(jìn)一步理解本發(fā)明。
[0066]本發(fā)明可以參照下述例子來(lái)進(jìn)一步理解。
[0067]實(shí)施例1
[0068]如圖4所示，具有多個(gè)限定了 70%的空區(qū)域的孔的分布板設(shè)置在反應(yīng)容器的頭部空間中，所述反應(yīng)容器具有137.16cm (54英寸)的內(nèi)直徑。分布板設(shè)置為掘進(jìn)頭部入口，其具有22.86厘米(9英寸)的內(nèi)直徑。分布板由310SS構(gòu)造成并且具有9.53mm (3/8英寸)的厚度。每個(gè)孔具有11.11_ (7/16英寸)的平均直徑。分布板通過(guò)焊接到反應(yīng)器的內(nèi)壁上的多個(gè)臂而保持以排列分布板并且以提供比分布板大的周向區(qū)域。分布板具有實(shí)體區(qū)域，所述實(shí)體區(qū)域與反應(yīng)容器入口軸向?qū)R并且包含升起部分。實(shí)體區(qū)域小于分布板總面積的25%。升起部分為錐形形狀。
[0069]將反應(yīng)氣體引入到在頂部入口進(jìn)料的混合區(qū)域中。將純氧用作含氧氣體。反應(yīng)氣體以1: 1.2的甲烷-氧氣摩爾比和1: 1.5的氨-氧氣摩爾比進(jìn)料以產(chǎn)生包含約接近28.5體積％氧氣的三元?dú)怏w混合物?；旌鲜彝耆旌戏磻?yīng)氣體以達(dá)到具有沿催化劑床層的直徑小于0.1的變化系數(shù)(CoV)的三元?dú)怏w混合物。將三元?dú)怏w混合物以7m/s的平均氣體線速度引入到反應(yīng)容器中。一旦將三元?dú)怏w混合物射流分散后，通過(guò)三元?dú)怏w混合物流過(guò)包含籃子盛裝的陶瓷丸的阻火器而將其進(jìn)一步分散。在三元?dú)怏w混合物接觸催化劑床層之前，阻火器將其進(jìn)一步分散。在Andrussow方法的反應(yīng)條件下,沿著分布板的壓降小于IkPa0分布板將三元?dú)怏w射流分散并且提供了流過(guò)阻火器和催化劑床層的相同的線速度。因此，沒(méi)有形成熱點(diǎn)。在分散射流中，分布板保持了通過(guò)混合室實(shí)現(xiàn)的小于0.1的CoV。
[0070]對(duì)比例A
[0071]在實(shí)施例1的反應(yīng)容器的頭部空間內(nèi)，沒(méi)有插入分布板。三元?dú)怏w混合物以至少7m/s的氣體平均線速度經(jīng)過(guò)反應(yīng)器而形成氣體射流。當(dāng)射流與催化劑的上表面接觸時(shí)，射流具有從22.86到25.4cm (9到10英寸)的直徑，其與頂部入口的內(nèi)直徑類似。這表明氣體射流沒(méi)有沿著催化劑的表面而分散并且可在催化劑床層和阻火器上導(dǎo)致熱點(diǎn)。觀察到CoV為0.2。HCN產(chǎn)率為7%，少于具有分布板的實(shí)施例1的產(chǎn)率。
[0072]對(duì)比例B
[0073]在反應(yīng)容器的頭部空間內(nèi)，插入有多個(gè)板。多個(gè)板具有一系列孔。至少一個(gè)板為非平面的。在與實(shí)施例1相同的條件下，將實(shí)施例1的三元?dú)怏w混合物進(jìn)料到反應(yīng)器中并且反應(yīng)容器內(nèi)的壓降大于150kPa。
[0074]對(duì)比例C
[0075]使用在美國(guó)專利N08133458的實(shí)施例1中描述的傳統(tǒng)反應(yīng)器來(lái)制備HCN，所述反應(yīng)器沒(méi)有分布板或輻射防護(hù)件并且這里催化劑支撐件很簡(jiǎn)單沒(méi)有對(duì)于催化劑支撐件的擴(kuò)展的可能。此外，通過(guò)用水直接急冷熱的反應(yīng)氣體來(lái)移除熱。使用催化劑處理12體積％的氨、13體積％的天然氣、75體積％的空氣，壓力為4bar，特定的催化劑載荷為25tN/m2d，和16層催化劑網(wǎng)紗，所述催化劑網(wǎng)紗為90/10Pt/Rh，1024個(gè)網(wǎng)眼，具有0.076mm的絲直徑。在催化劑內(nèi)測(cè)定的溫度為1050°C。
[0076]以50-55%的效率(氨轉(zhuǎn)化成HCN)工作時(shí)間長(zhǎng)度70天。如美國(guó)專利N08133458中的報(bào)道，工作由于催化劑中的裂縫而中途失敗。
[0077]實(shí)施例2
[0078]將具有實(shí)施例1的錐形中心部分的分布板安裝在實(shí)施例1的反應(yīng)器中。催化劑支撐件的其他方面與對(duì)比例C中的相同并且反應(yīng)器在相同的條件下運(yùn)行。以60-65%的效率工作時(shí)間長(zhǎng)度100天。在編織的催化劑組件中沒(méi)有觀察到皺紋或裂紋，并且在運(yùn)行期間，CoV平均為0.05到0.1。觀察到HCN產(chǎn)率相對(duì)于對(duì)比例C提高接近7%。
【權(quán)利要求】
1.一種用于生產(chǎn)氰化氫的方法，包括: 將包括含甲烷的氣體、含氨的氣體、含氧氣的氣體的三元?dú)怏w混合物提供到反應(yīng)容器的至少一個(gè)入口； 使三元?dú)怏w混合物的至少一部分圍繞并經(jīng)過(guò)分布板，以分散三元?dú)怏w混合物的射流，其中分布板設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)入口的下游，分布板具有比反應(yīng)容器的入口大并且比反應(yīng)容器的最大內(nèi)直徑小的直徑，其中分布板具有為分布板總面積的50%到80%、優(yōu)選為60%到70%的空區(qū)域，并且其中分布板包括與入口的中心點(diǎn)對(duì)齊的實(shí)心區(qū)域； 使三元?dú)怏w混合物與反應(yīng)容器內(nèi)的催化劑床層相接觸，以提供包含氰化氫的反應(yīng)產(chǎn)物；以及 回收來(lái)自反應(yīng)容器的至少一個(gè)出口的氰化氫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)容器還包括處于所述分布板下游的阻火器，其中所述阻火器包含耐火陶瓷材料。
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混合物具有沿催化劑床層的直徑小于0.1、優(yōu)選沿催化劑床層的直徑小于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，所述反應(yīng)容器內(nèi)的壓降小于150kPa。
5.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混合物包含至少25體積％的氧氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氧氣的氣體包括至少80體積％的氧氣。`
7.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-氧氣摩爾比和I到1.25的甲烷-氧氣摩爾比。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述空區(qū)域由多個(gè)孔限定，其中所述多個(gè)孔中的每個(gè)孔具有從Imm到20mm的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述實(shí)體區(qū)域具有為錐形形狀的升起部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述升起部分牢固地固定于所述分布板。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布板具有從IOcm到290cm、優(yōu)選為從20cm到IOOcm的直徑范圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布板具有從5到20mm、優(yōu)選為從10到18mm的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布板在所述反應(yīng)容器內(nèi)提供了均勻線速度的三元?dú)怏w混合物，其中所述均勻線速度在平均線速度的±5%內(nèi)變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述實(shí)心區(qū)域由一個(gè)或多個(gè)插入在所述多個(gè)孔的至少一部分中的能移除的裝置所限定，使得所述分布板具有為所述分布板總面積的50%到80%的空區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述能移除的裝置選自由螺栓、鉚釘、螺紋插件、鍛件或其結(jié)合組成的組。
【文檔編號(hào)】C01C3/02GK103864113SQ201310682458
【公開日】2014年6月18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, 布蘭特·J·斯塔爾曼, 凱文·L·哈姆麥克 申請(qǐng)人:英威達(dá)科技公司