[发明专利]一种利用合成气制备芳烃的方法及装置

说明书

一种利用合成气制备芳烃的方法及装置，其制备方法为：在第一段反应区装填催化剂，在较高温度下将合成气转化为以烯烃为主的烃类；在第二段反应区装填另一种催化剂，并通入苯/甲苯，在大量氢气、CO₂存在的条件下，在较低温度下将烯烃通过烷基化反应，高选择性地转化为芳烃；本发明制备方法具有原料转化率高，芳烃收率高，出口气体烯烃含量低，易分离，成本低，易放大的特性；本发明还提供了实现该制备方法的装置。

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种利用合成气制备芳烃的方法及装置。

背景技术

芳烃(苯，甲苯，二甲苯，三甲苯、四甲苯、乙苯等)是重要的有机化工基础原料，是生产合成树脂、合成纤维和合成橡胶等的重要原料。长期以来，制备芳烃的路线主要包括石油脑裂解，乙烷裂解与甲醇催化转化而得。我国石油资源短缺，进口依赖度大。所以，近来甲醇直接制备芳烃成为新的技术增长点，目前这条路线的技术水平已经达到工业示范级别。

但这些技术均以煤炭为原料，经过合成气，以甲醇作为中间产物来合成烯烃。甲醇生成的压力高，反应器复杂，生成的水与甲醇分离能耗高。因此直接利用合成气制备芳烃的技术对于缩短工艺流程，减化水与甲醇的分离单元与降低分享能耗，以及减少含醇废水的生成，降低处理成本至关重要。目前合成气直接制备芳烃过程，相当于将合成气制备烃类(费托过程)-烃类芳构化耦合，或合成气制备甲醇-甲醇芳构化耦合。这两个过程的温位、压力、催化剂种类均不一样，给过程的耦合以及催化剂的开发造成了极大的困难。

与合成气直接制备芳烃相比，合成气直接烯烃的反应空速高，反应时间短，具有一定的优势。比如，基于Zr-Zn催化剂及SAPO-34催化剂，在400℃下，0.5MPa，1MPa与2MPa下，空速为3600ml合成气/g催化剂/小时，CO转化率约在0.5％-11％，烯烃在烃类的选择性在36％-68％，CO₂选择性约为43％。基于Fe-Zn-Na催化剂，350℃及2MPa下，空速60000ml/g催化剂/小时，烃中烯烃选择性25.5％,C₅以上烃类的选择性58％。CO₂选择性27.3％。

利用烯烃再进行芳构化转化为芳烃也是一条思路。然而，在合成气制备烯烃/芳烃体系中，存在着大量的氢气，温度比较高，使得烯烃更有可能被还原为烷烃。烷烃化学惰性，不易再转化为芳烃，同时烷烃附加值低，还浪费了大量宝贵的氢气，成本居高不下。

发明内容

为了克服上述芳烃制备方法复杂，反应流程太长，或烯烃收率太低的问题，本发明的目的是提供一种利用合成气制备芳烃的方法及装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用合成气制备烯烃的方法，首先在第一段反应区中装填催化剂，将合成气转化为以烯烃为主的烃类；然后在第二段反应区中装填另一种催化剂，将第一段反应区出口的混合气体通入第二段反应区并通入苯或甲苯，在氢气和CO2存在的条件下，将烯烃通过烷基化反应，高选择性地转化为芳烃。

所述的一种利用合成气制备烯烃的方法，具体包括如下步骤：

步骤1：在第一段反应区中装填催化剂，在第二段反应区中装填催化剂，第一段反应区中的催化剂和第二段反应区中的催化剂不交换，不混合；

步骤2：向第一段反应区中通入H₂/CO摩尔比为1:1-8:1的混合气体，在0.1-5MPa、250-450℃、体积空速为500-10000h^-1下进行烯烃合成反应，CO转化率为40-90％时，烯烃选择性为50-95％；