[发明专利]一种利用合成气加氢联产烯烃和芳烃的设备及方法

说明书

本发明公开了一种利用合成气加氢联产烯烃和芳烃的设备及方法，属于合成气转化技术领域。本发明设备由具有费托反应性能的反应器、水油气三相分离器、和装有沸石分子筛的具有芳构化功能的反应器串联构成。费托反应器的操作条件为：反应温度200‑400℃，反应压力为0.1‑5MPa，反应气体空速为800‑20000h^‑1；芳构化反应器的操作条件：反应温度280‑600℃，反应压力为0.1‑5MPa，反应气体空速为800‑20000h^‑1。本发明可实现产生极低的CO₂和低碳烷烃选择性，避免高附加值的烯烃被加氢生成低附加值的烷烃，实现高选择地同时获得低碳烯烃和芳烃产品；液相产品中芳烃含量可达95％以上，BTX可达80％以上。

技术领域

本发明属于合成气转化技术领域，具体涉及一种利用合成气加氢联产烯烃和芳烃的设备及方法。

背景技术

低碳烯烃(包括乙烯、丙烯和丁烯)和芳烃(包括苯、甲苯和二甲苯等)均是重要的化工基础原料，其目前主要来源于以石油为基础的生产工艺，如生产乙烯的石脑油蒸汽裂解和生产汽油或柴油的催化重整或裂化。随着原油资源的减少以及环境问题的日益突出，从石油路线获得烯烃和芳烃的方法变得不可持续且环保方面受到挑战。因此，非石油路线制取烯烃和芳烃越来越受到重视。基于我国富煤贫油的能源结构，近十年来国家从能源战略和安全的角度考虑，不断支持开发以煤、生物质为原料生产各种化工产品的新工艺来降低对石油的依存度。考虑到煤气化工艺趋近成熟，从合成气(CO+H₂或CO₂+H₂)直接制烯烃和芳烃是贯通非石油基碳资源和其他基本化学品的关键连接点，对于利用我国较为丰富的煤炭资源来缓解对石油资源的依赖，具有重要意义。该工艺无需像间接法工艺那样从合成气经过合成甲醇或二甲醚再进一步制备烯烃或芳烃，能够简化工艺流程，降低操作成本并大大减少投资。

目前已有报道的合成气或二氧化碳直接制芳烃的工艺过程主要是通过将具有合成气转化功能和脱氢芳构化功能的两种催化剂先后置于串联双床反应器、或以颗粒间或颗粒内混合的方式置于单床反应器中实现的(如申请专利CN106540740A和CN106518591A)，例如，国内山西煤化所采用两段反应器分别装有两种类型催化剂，可将合成气经二甲醚转化为芳烃(CN101422743B)。以及，南开大学关乃佳课题组报道将费托合成(FTS)催化剂Fe/MnO与Ga/HZSM-5催化剂物理混合，在1.1MPa、270℃下芳烃选择性接近50％(Catalysis Today，30(1-3)：207-213，1996)。

然而，目前已有报道的合成气直接制取烯烃或芳烃的工艺过程并不能够同时获得烯烃和芳烃产品。特别是当以芳烃作为产品时，气相烯烃会被氢转移反应加氢生成低附加值的饱和烷烃成分，极大地降低了反应吸引力。此外，费托反应和芳构化反应的最佳操作条件往往不能够进行很好的匹配。这些问题都将有可能限制合成气或二氧化碳转化为芳烃的应用；因此，需要开发一个综合反应工艺过程，不仅同时获得宝贵的烯烃和芳烃产品，而且可以综合提高CO或CO₂的利用效率，提高整个工艺过程的经济性。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用合成气联产低碳烯烃和芳烃的连续性反应工艺，一方面是为了克服传统甲醇或二甲醚转化路线的高压低转化率的限制，另一方面通过产物分离优化产品结构特征，实现了同时获得高选择性的低碳烯烃(C₂-C₅)和芳烃产物的目的。本发明整个工艺具有极低的二氧化碳选择性、较低的CH₄和烷烃选择性，也可在一定的选择下实现失活分子筛催化剂及时切换再生，同时提供了一种能耗低、易操作和设备投资低的设备和方法。

具体的，本发明首先提供了一种利用合成气加氢联产烯烃和芳烃的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将新鲜合成气经预热、加压后通过一级反应器进行费托合成反应；