[发明专利]一种用于甲烷氧化偶联制乙烯的多级喷射环流反应器

说明书

本发明涉及甲烷转化技术领域，一种用于甲烷氧化偶联制乙烯的多级喷射环流反应器，包括喷嘴、锥形底、多级导流筒、气体分布器、壳体、旋风分离器、换热器和返料装置，所述的喷嘴位于锥形底底部，锥形底处于壳体底端，多级导流筒位于壳体中下部数，多级导流筒为量大于等于2个的等径竖直放置的圆柱体，气体分布器处于壳体中下部且数量为1个或多个。本发明利用喷嘴、锥形底、多级导流筒和气体分布器形成物料的强制内环流，能促进物料的规则运动，减小返混，强化传质、传热，有助于反应器内温度均匀分布，提高催化剂利用率和产品收率。

技术领域

本发明涉及甲烷转化技术领域，特别是涉及一种用于甲烷氧化偶联制乙烯的多级喷射环流反应器。

背景技术

乙烯是一种重要的基础有机化工产品及原料，其生产水平是衡量一个国家化工实力的重要指标。目前乙烯生产以石脑油裂解为主，存在成本、能耗较高及温室气体排放等问题。随着国际经济的发展，乙烯生产原料趋向于轻质化和多元化。甲烷氧化偶联（OCM）一步法直接制乙烯技术具有路线简单、经济性良好等优势，是一种发展前景广阔的乙烯生产技术，对我国能源结构优化有重大意义。

OCM反应是高温（750~950℃）下的强放热反应，乙烯收率对温度敏感度高。如何移除反应过程中的剧烈放热量是该技术工程化的关键。目前OCM反应器主要有固定床、流化床和膜反应器等。

传统固定床反应器技术成熟，在实施过程中常辅以多段冷激、控制原料量和添加稀释气等措施来控制床层温度，但针对OCM快速强放热的反应特点，实际生产过程中仍存在温度控制困难问题。公开号为CN 106732201 B公开了一种OCM薄层固定床反应器，包含至少两段的反应段床层，每段床层由1~2层催化剂组成,高度为20~40 mm，每段反应段间通过急冷换热器连接。这种反应器虽然克服了轴向温度梯度问题，但径向仍存在温度分布不均等问题，且各床层间温度控制较复杂，设备和操作成本较高。

流化床利用气固间的剧烈运动能有效强化传质、传热过程，消除反应器内热点。公开号为CN 108530248 A公开申请了一种OCM流化床装置，包含流化区和沉降区，流化区内包含换热器和气体分布器，沉降区内设置多个旋风分离器。该反应器虽然能有效消除热点，但反应器内气体返混严重，加剧二次反应过程，影响乙烯选择性。

Jaso（2011年，2011.03.23）提出了一种辅助流化床的膜反应器，通过膜控制氧气进料量，进而控制反应器温度和反应程度。虽然该膜反应器能实现温度的均匀分布和高乙烯收率，但工业化中膜的再生和污染问题不可避免。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于甲烷氧化偶联制乙烯的多级喷射环流反应器，以解决反应器内温度分布不均、返混严重、乙烯收率低的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种用于甲烷氧化偶联制乙烯的多级喷射环流反应器，包括喷嘴（1）、锥形底（2）、多级导流筒、气体分布器（5）、壳体（3）、旋风分离器（9）、换热器（11）和返料装置，所述的喷嘴（1）位于锥形底（2）底部，锥形底（2）处于壳体（3）底端，多级导流筒位于壳体（3）中下部数，多级导流筒为量大于等于2个的等径竖直放置的圆柱体，气体分布器（5）处于壳体（3）中下部且数量为1个或多个，壳体（3）的壳体顶端气体出口（7）连接旋风分离器（9）上部，旋风分离器（9）顶端设置有产品气出口（8），旋风分离器（9）的底部连通料腿（10），料腿（10）中间设置换热器（11），料腿（10）和返料装置联通，返料装置包含返料阀（12）、二次风进口（13）、卸料阀（14）和返料管（15）。

喷嘴（1）为一个或者多个，喷射气速为10~80 m/s，喷嘴（1）为一个时，所述喷嘴（1）与壳体（3）同轴，喷嘴（1）为多个时，喷嘴（1）处于中心位壳体（3）轴线上的一个圆上，各喷嘴（1）形成的最大外切圆直径小于多级导流筒的直径。

所述多级导流筒包含的多个圆柱体的中心线重合，位置处于下方的圆柱体的高度大于等于上方圆柱体的高度。