[发明专利]一种甲烷芳构化制备芳烃的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种甲烷芳构化制备芳烃的方法及设备。

技术背景

苯及其它芳烃产品是重要的基础化工原料，目前主要通过石油炼制过程 副产。最近随着全球原油价格的持续上扬以及芳烃下游产品需求量的增加， 苯和其他芳烃的价格居高不下。我国石油资源短缺，车用油(汽，柴，煤油 与润滑油等)的需求缺口大，乙烯，丙烯，丁二烯等需求强劲，所以从石油 路线制备芳烃的产量越来越受制约。为了满足我国各类化学化工产品生产对 苯及其他芳烃需求量的急剧增加，非常有必要寻找适宜的非石油来源的芳烃 制备路线。

利用金属—分子筛复合催化剂，可以在无氧环境中将甲烷转化为芳烃。 以Mo/HZSM-5催化剂为例，在973K和常压下，甲烷转化率大约为16％，芳 烃的选择性大于90％，其中苯的选择性又达芳烃中的90％，其他芳烃产品为 少量的甲苯与萘。由于苯用途广，需求量大，该路线成为国际上持续研究的、 具有潜力的化工路线。

然而在过去的二十几年里，各国科学家的研究工作主要集中在催化剂的 制备开发、及反应和失活机理等方面。芳构的制备规模处于实验室微型反应 器研究阶段，尚无大业工程化报道。其中工程化困难的主要技术瓶颈之一在 于，由于热力学平衡限制，600-700℃下进行的芳构化反应的单程转化率较低 (约16％)，生成的气体中约含22％氢气与78％甲烷。如果甲烷回用，则需要 将氢与甲烷分离，不但能耗高，而且技术难度大。同时使得独立的甲烷芳构 化流程路线长，设备投资大，不易实现。而进一步升高芳构化温度，对提高 甲烷转化率的影响有限，且仍存在氢气与甲烷分离的问题。并且升高反应温 度对设备材质要求的苛刻度增加，而且为该(吸热)反应的供热难度加大， 及催化剂再生的温度与芳构化温度匹配难度加大，这将带来一系列的流程切 换与升降温操作等复杂工程问题与较高的能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种将甲烷芳构化与现有甲烷水蒸汽转化制备合成 气相结合，使甲烷芳构化系统产生的氢气与甲烷混合尾气直接用于甲烷水蒸 汽转化系统的原料或燃料，实现两个系统间的能量回收利用，避开相关分离 技术难题，简化流程，降低设备投资，降低芳烃生产成本。

本发明由甲烷水蒸汽转化系统1和甲烷芳构化系统2两部分组成；

其中的甲烷水蒸汽转化系统1包括：甲烷原料气供给单元1a，甲烷原料 气净化单元1b，甲烷原料气加压单元1c，甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应 单元1d，合成气单元1e；甲烷原料气供给单元1a气体出口与甲烷原料气净化 单元1b的气体入口相连；甲烷原料气净化单元1b气体出口与甲烷原料气加 压单元1c的气体入口相连；其侧线出口与甲烷芳构化系统1的甲烷原料气减 压单元2a的气体入口相连；

甲烷原料气加压单元1c气体出口与甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应单 元1d的气体入口相连；甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应单元1d与合成气 单元1e连接。

其中的甲烷芳构化系统2包括：甲烷原料气减压单元2a，甲烷原料气芳 构化反应单元2b，芳构化催化剂再生单元2c，芳构化气液分离单元2d，芳构 化液体分离单元2e，芳构化气体净化单元2f，芳构化气体增压单元2g；甲烷 原料气体减压单元2a气体出口与甲烷原料气芳构化反应单元2b的气体入口 相连；甲烷原料气芳构化反应单元2b气体出口与芳构化气液分离单元2d的 气体入口相连，其失活催化剂的出口与芳构化催化剂再生单元2c的催化剂入 口相连；芳构化催化剂再生单元2c再生后催化剂的出口与甲烷原料气芳构化 反应单元2b的催化剂入口相连；芳构化气液分离单元2d液体出口与芳构化 液体分离单元2e的液体入口相连；其气体出口与芳构化气体净化单元2f的气 体入口相连或气体出口直接与甲烷水蒸汽转化系统1中的甲烷原料气加热及 水蒸汽转化反应单元1d的加热炉的气体入口相连；芳构化气体净化单元2f 气体出口与芳构化气体增压单元2g的气体入口相连；芳构化气体增压单元2g 气体出口与甲烷水蒸汽转化系统1的原料气加压单元1c的气体侧线入口相 连；甲烷水蒸汽转化系统1的甲烷原料气净化单元1b侧线出口与甲烷芳构化 系统2的甲烷原料气减压单元2a的入口相接。

甲烷原料气减压单元2a与芳构化气体增压单元2g之间连接透平。