[发明专利]碳化硅微通道反应器及其在烃类裂解制低碳烯烃中的应用

说明书

技术领域

本发明专利涉及以泡沫碳化硅的泡沫通道为反应器的微通道反应器技术。该反应器适合于烃类裂解制取低碳烯烃的反应。

背景技术

传统的烃类无氧热裂解制低碳烯烃一般在管式炉内填充石英砂，导热效果不理想，而且压力降也比较大。另外，烃类氧化裂解由于引入了氧气，通过烃类部分氧化来实现内供热，具有较高的能量利用率，有利于重质烃的优化利用，很有发展前途，然而氧气的引入也容易导致局部过热，存在安全隐患。泡沫碳化硅材料由于具有优良的热传导性能，其发达的三维微通道结构可以强化物料混合，并且高温下呈化学惰性。这些特点使得将泡沫碳化硅材料引入到烃类裂解反应器中，可以解决烃类无氧热裂解热量导入不理想的问题，也有利于含氧烃裂解中反应物料混合，避免局部过热，提高反应均衡性。

发明内容

本发明专利的目的是提供一种填充整体泡沫碳化硅的微通道结构反应器，可用于烃类裂解制取低碳烯烃。

本发明的目的通过如下措施来达到：本发明提供的微通道反应器为在反应器内填充泡沫碳化硅整体材料，在泡沫碳化硅微通道内进行烃类裂解反应制取低碳烯烃反应。

一种碳化硅微通道反应器，包括金属反应器外壳，于金属反应器外壳内填充有整体结构泡沫碳化硅材料构成微通道，该反应器可以用于烃类裂解制低碳烯烃。

所述泡沫碳化硅材料具有通道直径范围在0.1-2mm三维泡沫通道。

在碳化硅和金属反应器外壳之间可以有石英或者陶瓷浇注保温层。

所述整体结构是指由一整块泡沫碳化硅材料，或者由二块以上泡沫碳化硅材料紧密结合构成一个整体，紧密填充于反应器内。

所述碳化硅微通道反应器可以用于C₂-C₆低碳烃的无氧热裂解制C₂-C₄低碳烯烃，或用于C₆-C₃₀重质烃的含氧氧化裂解制C₂-C₄低碳烯烃。

本发明用于烃类裂解制取低碳烯烃反应。无氧条件下，采用外部供热方式，原料为C₂-C₆轻质烷烃，反应温度为800-850℃，反应压力为0-0.3Mpa，停留时间为0.1-1s。含氧条件下，采用自供热(或称之为内部供热)方式，原料为碳数在6个以上的各种饱和或不饱和重质烃，氧气原料可以是纯氧气，也可以是空气。其进料烷氧比为：n(C_m)∶n(0₂)＝0.5-1.5，反应温度为550-800℃，反应压力为0-0.3Mpa，原料气空速100-1000h^-1。

本发明具有如下优点：

引入泡沫碳化硅到反应器后，以泡沫碳化硅的泡沫通道作为微通道反应器，可明显提高烃类裂解反应性能。一方面，由于整体泡沫碳化硅材料具有优良的导热能力，使得反应器内部温度分布更均匀；另一方面，其三维泡沫微通道结构能够强化反应物料的混合，有利于自由基链反应的持续发生，促进烃类裂解，提高烃类转化率。

附图说明

图1为本发明装置的两种结构示意图。其中：(1)反应器不锈钢外壳，(2)整体泡沫碳化硅微通道，(3)耐火保温浇铸陶瓷层，(4)烯烃产品，(5)原料烃，(6)氧气或空气。

具体实施方式

实施例1

反应器上端设有进料口、下端设有出料口，采用圆形不锈钢外壳，其内壁上设有石英涂层；反应器的圆形内腔直径20mm，其内填充两块圆形泡沫碳化硅紧密结合构成一个整体结构，直径20mm，总高40mm，泡沫孔道直径0.5mm，封装在内有石英层的反应器内。

该碳化硅微通道反应器用于烃类裂解制取低碳烯烃，可以强化反应物料混合、降低反应器内温度差异，提高烃类裂解活性。

该反应器用于环己烷氧化裂解反应。相比没有填充碳化硅的反应器，环己烷转化率提高约10％，并且在高烷氧比/低温条件下，转化率提升越明显，表明三维泡沫微通道结构能够强化反应物料的混合，有利于自由基链反应的持续发生，促进烃类裂解，提高烃类转化率。

应用例1

采用实施例1所述的反应器(图1中左侧示图)，以正己烷为原料，添加55.6％的稀释氮气，反应压力0.1Mpa，停留时间为0.7s，在反应温度850℃下获得了87％的正己烷转化率和65％的C₂-C₄低碳烯烃选择性，反应器径向温度分布均匀。

应用例2

采用实施例1所述的反应器(图1中右侧示图)，于反应器上端设有氧气的进口，通入氧气，环己烷为原料，烷氧比n(C₆H₁₂)∶n(0₂)＝0.8，原料气空速250h^-1，反应压力为0.1Mpa，在反应温度750℃下获得了91％的环己烷转化率和45％的C₂-C₄低碳烯烃选择性，反应器温度分布均匀。