[发明专利]一种甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置和方法

说明书

本发明公开了一种甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置和方法。该流化床反应装置包括至少两个甲烷氧化偶联制乙烯的流化床，每个流化床气体出口连接有换热器。第一流化床底端设有主进气口和副进气口，主进气口与分布板相通，副进气口与分布管相通；在流化床中下部内置有换热管，换热管在耐火材料内侧，在换热管底端有循环冷却介质进口，在换热管顶端有循环冷却介质出口；在分布板的上方有催化剂放料口，在换热管上方设有催化剂进料口；每个流化床的结构相同。本发明具有甲烷高转化率、乙烯高选择性、运行稳定的优点。

技术领域

本发明涉及一种甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置和方法，具体涉及甲烷一步法制乙烯的流化床反应装置和方法。

背景技术

乙烯是石油化工和有机化工的重要产品，随着世界经济的发展，乙烯的需求量将逐年增加，原料更加轻质化和清洁化。甲烷氧化偶联制乙烯（OCM）是生产乙烯的重要技术，它以天然气为原料，在催化剂作用下经氧化偶联一步即可得到乙烯，具有能耗低、过程简单的优点。

近年来，国内外一些科研工作者在OCM催化剂转化率、选择性及寿命等方面做了大量的改进工作，提高了乙烯的收率。其中，国外以美国Siluria公司（US2017/0107162 A1）为代表，其开发的OCM催化剂在固定床反应器中已进入中试阶段；国内中科院兰州化学物理研究所（CN 1187118C，CN102093157A）针对OCM过程，开发了Na₂WO₃-Mn/SiO₂化剂，具有良好的应用前景。值得注意的是中科院大连化学物理研究所开发的无氧催化转化制乙烯技术（CN107335386A），获得了国内外的广泛关注。

高效催化剂的研发推进了OCM技术的工业化进程，但OCM过程强放热、温度分布不均等特点降低了催化剂的寿命。因此，开发一种高性能OCM反应器迫在眉睫。目前用于OCM反应工艺的反应器类型主要有固定床反应器和流化床反应器，流化床反应器具有温度均匀、高效移热、可在线更换催化剂、易大型化生产等优点，成为技术研发的重点。

发明内容

本发明旨在提供一种甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置和方法，具有甲烷高转化率、乙烯高选择性和高收率。

本发明提供了一种甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置，包括至少两个甲烷氧化偶联制乙烯的流化床，每个流化床气体出口连接有换热器；每个流化床底端设有主进气口和副进气口，主进气口与分布板相通，副进气口与分布管相通，第一流化床的主进气口与原料反应气管道想通，第二流化床与第一流化床的气体出口管连接；在流化床中下部内置有换热管，换热管设在流化床内壁的耐火材料内侧，在换热管底端有循环冷却介质进口，在换热管顶端有循环冷却介质出口；在分布板的上方有催化剂放料口，在换热管上方设有催化剂进料口；每个流化床的结构相同。

所述甲烷氧化偶联制乙烯的流化床设有2~5个，设有两个时，第一流化床、第一换热器、第二流化床、第二换热器依次串联连接。

所述的分布板可以是烧结板或多孔板。

所述的分布管可以是烧结筒或多孔管。

所述的分布管高度低于冷却介质出口的高度。

本发明提供了采用上述装置进行甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应方法，包括以下步骤：

（1）原料反应气分为三路，一路从第一流化床的主进气口进入反应器内部，另外两路分别从第一流化床的副进气口和第二流化床的副进气口进入反应器内部，第一流化床的产品气体从气体出口，通过换热器降温后进入第二流化床的主进气口，第二流化床的产品气体从气体出口排出，通过换热器冷却后排出界区；催化剂通过两个流化床上方的催化剂进料口加入，反应停止后可以从两个流化床底部的催化剂放料口排出；