[发明专利]一种轴径向流多步进料的固定床反应器及对二甲苯的制备方法

说明书

本发明提供一种轴径向流多步进料的固定床反应器及对二甲苯的制备方法，所述固定床反应器包括壳体和设置于所述壳体内部的至少2段催化剂床层；所述壳体包括至少1个进气口、2‑8个进液口和至少1个产物出口；所述进液口位于每2段催化剂床层之间的壳体侧壁；所述催化剂床层的中央设置有轴向导气管；所述轴向导气管的末端封闭，且侧壁均布有出气孔。所述制备方法包括以下步骤：(1)将二氧化碳和氢气的混合气通入固定床反应器，径向流过催化剂床层进行加氢反应，生成甲醇；(2)将甲苯通入固定床反应器，与甲醇径向流过催化剂床层进行烷基化反应，生成对二甲苯。本发明提供的固定床反应器特别适用于二氧化碳加氢耦合甲苯烷基化制对二甲苯。

技术领域

本发明属于反应器设计技术领域，涉及一种固定床反应器，尤其涉及一种轴径向流多步进料的固定床反应器及对二甲苯的制备方法。

背景技术

二氧化碳作为一种温室气体，其有效利用对于缓解能源危机和实现“碳中和”目标具有重要的战略意义。对二甲苯作为石化行业的基本有机化工原料之一，主要用于生产合成树脂、合成纤维与合成橡胶。获取对二甲苯的传统方法主要是通过石脑油催化重整、甲苯异构化以及近年来常用的甲苯甲醇烷基化转移制备，然而上述方法均需依赖化石资源。因此，将廉价的二氧化碳转化为高附加值产品对二甲苯，不仅可以实现二氧化碳的资源化利用，产生巨大的经济效益，而且可以间接实现碳排放，具有重要的研发意义和良好的工业应用前景。

目前在众多的二氧化碳制芳烃技术中，首先利用二氧化碳催化加氢制甲醇，然后利用所得甲醇与甲苯直接烷基化反应生成对二甲苯的两步合成新技术尤为引人注意。例如CN 110743609A公开了一种二氧化碳加氢耦合甲苯烷基化制二甲苯的组合型催化剂，所述组合型催化剂可显著提高对二甲苯的选择性和生产效率；CN 111215084A公开了一种二氧化碳一步加氢制取芳烃的特殊催化剂，所述催化剂主要由纳米金属氧化物改性或不改性的Fe₂O₃和ZSM-5分子筛组成，具有反应稳定性好、芳烃选择性高等优点。然而，上述研究大多数集中于设计高活性、高选择性和高稳定性的催化剂上，对于实现反应过程的设备—反应器的设计及结构优化均未有所涉及。

由此可见，如何提供一种用于制备对二甲苯的反应器，特别适用于二氧化碳加氢耦合甲苯烷基化制对二甲苯，强化反应过程，达到低催化剂体积、高单程转化率和低副产物选择性的目的，成为了目前本领域技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴径向流多步进料的固定床反应器及对二甲苯的制备方法，所述固定床反应器特别适用于二氧化碳加氢耦合甲苯烷基化制对二甲苯，强化了反应过程，达到了低催化剂体积、高单程转化率和低副产物选择性的目的。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种轴径向流多步进料的固定床反应器，所述固定床反应器包括壳体和设置于所述壳体内部的至少2段催化剂床层，例如可以是2段、3段、4段或5段，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述壳体包括至少1个进气口、2-8个进液口和至少1个产物出口，其中，所述进气口的数量可以是1个、2个或3个，所述进液口的数量可以是2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个，所述产物出口的数量可以是1个、2个或3个，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

所述进液口位于每2段催化剂床层之间的壳体侧壁。

所述催化剂床层的中央设置有轴向导气管。

所述轴向导气管的末端封闭，且侧壁均布有出气孔。