[发明专利]一种用于甲烷氧化偶联反应的固定床反应器及甲烷氧化偶联制乙烯的方法

说明书

本发明属于甲烷氧化偶联制乙烯领域，具体涉及一种用于甲烷氧化偶联反应的固定床反应器及甲烷氧化偶联制乙烯的方法。该反应器包括反应器壳体和设置于反应器壳体内的催化剂床层、多个U型取热管束、高压蒸汽过热段；所述高压蒸汽过热段设置于催化剂床层下部；所述催化剂床层分上下两层，上层为绝热层，下层为近似等温层；所述多个U型取热管束设置于近似等温层内，一部分管束用于发生高压饱和蒸汽，另一部分管束用于将高压饱和蒸汽过热。本发明为甲烷氧化偶联制乙烯反应提供一种工业上可实施、反应温升小、取热效果好、乙烯选择性高、系统方便可调的理想反应器及控制方案，推进甲烷氧化偶联制乙烯工业化。

技术领域

本发明属于甲烷氧化偶联制乙烯领域，更具体地，涉及一种用于甲烷氧化偶联反应的固定床反应器及甲烷氧化偶联制乙烯的方法。

背景技术

乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75％以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。

随着国际原油价格的大幅波动和技术进步，为改变乙烯生产原料过分依赖于石油资源的状况，生产乙烯原料发生了变化，以甲醇为原料生产乙烯的技术得到发展，成为新型煤化工技术中工业应用广泛的技术。

甲烷氧化偶联制乙烯技术(OCM)是生产乙烯的重要技术，它以天然气为原料，只需一步反应过程即可制得乙烯，具有很高的理论价值和经济价值。经过30多年的研究，甲烷一步法制乙烯研究取得突破性进展，甲烷偶联制乙烯工业示范装置投产成功，正迈向工业化的前夕。这对破解乙烯行业原料来源瓶颈，降低生产成本，增强乙烯行业及下游产业的竞争力意义重大。

甲烷氧化偶联制乙烯是快速、强放热的部分燃烧反应，产物乙烯在高温下极易进一步发生多种副反应。OCM存在反应温度高、甲烷转化率低和乙烯收率低的问题。

国内外的研究开发以美国Siluria技术公司最为典型，Siluria通过使用生物模板精确合成纳米线催化剂，开发出工业可行的甲烷直接制乙烯催化剂。该催化剂可在低于传统蒸汽裂解法操作温度200-300℃的情况下在5-10个大气压下，高效催化甲烷转化成乙烯。该技术使得催化剂寿命延长，操作温度大幅下降，但是对甲烷转化率和乙烯收率并没有实质性突破。

目前用于甲烷氧化偶联制乙烯反应工艺的反应器型式有流化床反应器，固定床反应器、膜反应器等，但这些反应器的工业应用尚待进一步开发。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于解决现有技术中工业实施性较差的问题，为甲烷氧化偶联制乙烯反应提供一种工业上可实施、反应温升小、取热效果好、乙烯选择性高、系统方便可调的理想反应器及控制方案，推进甲烷氧化偶联制乙烯工业化。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于甲烷氧化偶联反应的固定床反应器，该反应器包括反应器壳体和设置于反应器壳体内的催化剂床层、多个U型取热管束、高压蒸汽过热段；所述高压蒸汽过热段设置于催化剂床层下部；

所述催化剂床层分上下两层，上层为绝热层，下层为近似等温层；所述多个U型取热管束设置于近似等温层内，一部分管束用于发生高压饱和蒸汽，另一部分管束用于将高压饱和蒸汽过热；所述多个U型取热管束与填充于近似等温层内的催化剂之间设置有隔离层和热阻层。

本发明中的所述固定床反应器为立式固定床反应器。所述固定床反应器内仅需设置一段所述催化剂床层，即可获得好的反应效果。解决了多段串联方式中乙烯和氧气进一步反应、乙烯选择性低的问题。

根据本发明，优选地，所述催化剂床层上部设置有氧气分布器和水蒸气或惰性气体分布器。通过调节氧气流量可以控制反应的操作弹性，可以通入水蒸气或惰性气体作为调节反应温度的手段。反应器飞温时切断氧气进料，并通入大量水蒸气或惰性气体降低反应床层温度。