[发明专利]带有连续稳定催化剂预碳化的甲烷无氧芳构化反应工艺

说明书

技术领域

本发明属于甲烷无氧芳构化反应技术领域，涉及一种甲烷无氧芳构化反应工艺，尤其是一种带有连续稳定催化剂预碳化的甲烷无氧芳构化反应工艺。

背景技术

随着我国化工产业的蓬勃发展，芳香烃(特别是苯和甲苯)的需求量逐步攀升，成为生产高附加值化学品和各种消费品的重要基础原料。目前，芳香烃主要来源于炼油工业的石油衍生的炼油厂原料的催化重整及裂解过程。近年来严重的石油短缺和价格飞涨严重影响了芳香烃的产量和价格走向。因此，探索新的、能高效地获取芳香烃的途径变得尤为迫切。其中，利用富含甲烷的非常规天然气无氧芳构化生产高附加值芳香烃是一条重要途径。

甲烷是天然气、煤层气及页岩气等的主要成分，在世界范围内越来越多的甲烷被用于生产乙烯和芳烃等高附加值的化工产品。借助于以Mo基分子筛为代表的芳构化催化剂的作用，甲烷无氧芳构化反应可以在常压、高温下得到一定量的芳烃产品，被认为是未来甲烷高效转化利用的一个重要领域。

甲烷无氧芳构化过程中，分子筛载体会附着不同形式的积碳，另外在高空速下的循环体系中，催化剂的磨损也是导致催化剂活性降低的不可忽视的因素。这些不可逆因素会导致催化剂逐渐失活，最终降低芳烃的收率。现有的工艺方法，很难做到既能维持催化剂稳定的活性(抑制催化剂积碳失活)，又能保证在长周期运行中催化剂的强度。

进一步研究发现，使催化剂颗粒在芳构化的反应区间至去除积碳的再生区间实现快速且连续地循环运行，可一定程度脱除反应过程中催化剂载体上形成的碳沉积物。US2763596通过在再生区借助氧气流在高温下恢复催化剂颗粒的活性。CN103003221A涉及在再生区通入氢气的方法，可有利于更大程度上恢复催化剂的活性。然而，即便通过改变再生气氛，优化再生工艺条件，也很难最大程度地恢复失活催化剂的活性。因此，催化剂在长周期运行中逐渐失活，不可逆转。

因此，要最终在工艺中实现甲烷无氧芳构化循环流化床体系的连续长周期运行，需要构建一个体系，定量地补充新鲜催化剂，解决催化剂结碳和磨损造成的催化剂性能逐渐低下的问题。通过在系统中设置预碳化装置，可以达到上述目的。这样，既维持了循环系统中催化剂的总量，又保证了系统中催化剂的活性，从而实现系统中甲烷无氧芳构化反应、催化剂再生使用的连续长周期运行。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种带有连续稳定催化剂预碳化的甲烷无氧芳构化反应工艺，其是将新鲜催化剂通过预碳化装置连续活化，并连续、定量地供入再生反应器，有效地解决催化剂在循环系统内由于积碳、磨损所导致的催化剂活性下降的难题，维持甲烷芳构化反应、再生循环系统内催化剂的最佳催化性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种带有连续稳定催化剂预碳化的甲烷无氧芳构化反应工艺为：将催化剂在预碳化装置中完成预活化，通过供料系统的精确控制，实现向循环体系连续、稳定地供料，同时通过反应器底部同步卸料的方式，维持体系中催化剂的总量平衡，以保持系统中催化剂的催化性能，最终实现该循环流化床系统的连续、稳定、长周期运行。

上述的预碳化装置，是流化床反应器，包含提升管、降料管、气固分离系统、间歇或连续地向再生器供料的供料器。

上述供料器是螺旋式、活塞式或拨片式供料器，配备供料控制仪表。

上述供料器供料范围为0.1-200g/h。

上述气固分离系统是旋风分离器，包含过滤器、冷却器和尾气吸收装置。

上述催化剂在流化介质中的操作温度为450-750℃。

上述预碳化装置中的流化介质为CH₄、CH₄/惰性气体、CH₄/弱氧化性气体、CH₄/H₂中的一种或几种的组合；装置内的空塔气速为0.5-4cm/s。

进一步，以上供料器供给速度等于芳构化反应器底部磨损催化剂卸料速度与气固分离器磨损催化剂损失速度之和。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过在甲烷制芳烃系统中引入催化剂预碳化装置和芳构化反应器底部卸料装置，保证了系统内催化剂在高活性下连续、长周期的稳定运行。同时，避免了系统由于短周期运行所造成的操作繁琐、高能耗和催化剂浪费，实现了循环流化床系统反应、再生连续循环的优势，可为后续工业化示范提供有效的放大、设计依据。

附图说明

图1为适用于本发明的带有催化剂预碳化的甲烷无氧芳构化反应、再生连续循环系统的流程框图。