[发明专利]一种用于甲烷氧化偶联制乙烯的喷射环流反应器

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喷射环流反应器，包括喷嘴、锥形底、导流筒、壳体、气体分布器、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，锥形底位于壳体底部，导流筒置于壳体中且处于下部，气体分布器横贯壳体且其竖直中心线与导流筒中心线重合，壳体顶端设置壳体顶端气体出口与旋风分离器（8）的上部相连通。本发明利用喷嘴、锥形底、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喷射环流反应器，包括喷嘴（1）、锥形底（2）、导流筒（5）、壳体（3）、气体分布器（4）、旋风分离器（8）、换热器（10）和返料装置，所述的喷嘴（1）位于锥形底（2）底部，锥形底（2）位于壳体（3）底部，导流筒（5）置于壳体（3）中且处于下部，气体分布器（4）横贯壳体（3）且其竖直中心线与导流筒（5）中心线重合，壳体（3）顶端设置壳体顶端气体出口（6）与旋风分离器（8）的上部相连通，旋风分离器（8）顶部设有产品气出口（7），旋风分离器（8）的底部的催化剂颗粒通过其底部的料腿（9）经过换热器（10）换热后通入返料装置进入锥形底（2）中，返料装置包含返料阀（11）、二次风进气口（12）、卸料阀（13）、返料管（14）及料腿（9）下部。

所述喷嘴（1）喷射气速为10~80 m/s，喷嘴（1）为一个或者多个。

所述锥形底（2）锥底角为50~70°。