[发明专利]一种用甲烷直接制备芳烃的系统与方法

权利要求书

1.一种用甲烷直接制备芳烃的方法，其特征在于，所使用的装置包括：

甲烷芳构化子系统(1)，其系统入口接甲烷，出口得到甲烷、氢气及芳烃的混合气；

甲烷化反应子系统(2)，其入口接甲烷芳构化子系统(1)的出口以及CO₂，其出口得到甲烷、芳烃、水以及残余氢气；

分离子系统(3)，其入口接甲烷化反应子系统(2)的出口，将甲烷、芳烃、水以及残余氢气分离，其中分离所得甲烷和残余氢气回送至甲烷芳构化子系统(1)循环使用；所述甲烷化反应子系统(2)采用多段变温固定床反应器或多段变温流化床反应器，反应器的温度用饱和冷却水或低温蒸汽控制，得到的高温蒸汽用于甲烷芳构化反应系统(1)的原料气预热；

所述甲烷化反应子系统(2)中使用金属负载型催化剂，其中金属为Ni、Cu、Fe、Pt、Pd、Co、Re、Mo、W、Cr、Mn以及Rh中的一种或由多种形成的合金，载体为Al₂O₃、SiO₂以及ZrO₂中的一种或由多种形成的混合物，使用碱金属和稀土元素作为助剂，所述催化剂中金属的质量分数为0.1-10％，碱金属的质量分数为0.01-2％，稀土元素的质量分数为0.01-2％，其余为催化剂载体，所述碱金属为K或Na，所述稀土元素为La或Ce；

将甲烷在甲烷芳构化子系统(1)中进行芳构化得到甲烷、氢气及芳烃的高温混合气，将该高温混合气冷却至300-350℃，与CO₂一起送入甲烷化反应子系统(2)在其中反应得到甲烷、芳烃、水以及残余氢气的混合物质，再将该混合物质送入分离子系统(3)进行分离，分离得到的甲烷与残余氢气回送至甲烷芳构化子系统(1)循环使用，芳烃与水作为最终产品，所述混合物质中，残余氢气与甲烷的体积分数比小于1％，CO₂与甲烷的体积分数比小于0.05％。

2.根据权利要求1所述用甲烷直接制备芳烃的方法，其特征在于，所述甲烷化反应子系统(2)采用多段变温固定床反应器或多段变温流化床反应器，反应器的温度用饱和冷却水或低温蒸汽控制，得到的高温蒸汽用于甲烷芳构化反应系统(1)的原料气预热；甲烷化反应子系统(2)中使用金属负载型催化剂，其中金属为Ni、Cu、Fe、Pt、Pd、Co、Re、Mo、W、Cr、Mn以及Rh中的一种或由多种形成的合金，载体为Al₂O₃、SiO₂以及ZrO₂中的一种或由多种形成的混合物，使用碱金属与稀土元素作为助剂，催化剂中金属的质量分数为0.1-10％，碱金属的质量分数为0.01-2％，稀土元素的质量分数为0.01-2％，其余为催化剂载体，反应条件为：使用温度200-350℃，压力0.1-1MPa。

3.根据权利要求1所述用甲烷直接制备芳烃的方法，其特征在于，所述甲烷化反应子系统(2)的反应器的操作方法：将CO₂与所述高温混合气从多段变温固定床反应器或多段变温流化床反应器的高温区通入，中间通过换热控制温度，最后从低温区出甲烷化反应子系统(2)，其中高温区温度范围300-350℃，低温区温度范围200-250℃。