[发明专利]一种气固短接触时间的反应装置及其应用

权利要求书

1.一种气固短接触时间的反应装置，其特征在于，所述气固短接触时间的反应装置包括提升管反应器、沉降反应器、气固分离器以及返料装置；

所述提升管反应器穿设于沉降反应器的底部，且提升管反应器的出料口高于沉降反应器的底部出料口；所述提升管反应器内设置有至少1个氧气分布器；

所述气固分离器用于沉降反应器产物中产品气与催化剂颗粒的分离；

所述返料装置收集底部出料口输送的催化剂颗粒以及气固分离器得到的催化剂颗粒，并将收集得到的催化剂颗粒返回至提升管反应器的底部；

所述提升管反应器的底部设置有原料气入口管道；

所述气固分离器的产品气出口管道设置有循环支管；所述循环支管与原料气入口管道连通；

所述气固短接触时间的反应装置采用提升管反应器和沉降反应器作为甲烷氧化反应器，将甲烷活化和氧化反应进行分离；在提升管反应器中实现甲烷活化生成自由基，降低气固接触时间，避免了甲烷发生深度氧化；在沉降反应器内发生自由基的耦合反应；

所述气固短接触时间的反应装置进行甲烷氧化偶联制乙烯时，包括如下步骤：

(1)原料气与催化剂颗粒混合预热，进行甲烷活化反应；所述原料气的表观流速为0.5-10m/s；所述催化剂颗粒在提升管反应器内的停留时间为0.1-10s；

(2)步骤(1)所述甲烷活化反应的产物与催化剂颗粒进行初步分离，沉降的催化剂颗粒进行热量回收后温度降低，然后回用于步骤(1)；

(3)步骤(2)所述初步分离所得反应气进行气固分离，得到产品气与催化剂颗粒，所得催化剂颗粒进行热量回收后温度降低，然后回用于步骤(1)；所述产品气部分回用于步骤(1)。

2.根据权利要求1所述的气固短接触时间的反应装置，其特征在于，所述沉降反应器的底部出料口与返料装置连接的返料管道设置有流量控制装置。

3.根据权利要求2所述的气固短接触时间的反应装置，其特征在于，所述流量控制装置包括阀门。

4.根据权利要求1所述的气固短接触时间的反应装置，其特征在于，所述返料装置内设置有换热装置；所述换热装置用于降低返料装置内催化剂颗粒的温度。

5.根据权利要求1所述的气固短接触时间的反应装置，其特征在于，所述返料装置的底部设置有流化气进气管路和疏松气进气管路。

6.一种如权利要求1-5任一项所述气固短接触时间的反应装置进行甲烷氧化偶联制乙烯的应用，其特征在于，所述应用包括如下步骤：

(1)原料气与催化剂颗粒混合预热，进行甲烷活化反应；所述原料气的表观流速为0.5-10m/s；所述催化剂颗粒在提升管反应器内的停留时间为0.1-10s；

(2)步骤(1)所述甲烷活化反应的产物与催化剂颗粒进行初步分离，沉降的催化剂颗粒进行热量回收后温度降低，然后回用于步骤(1)；

(3)步骤(2)所述初步分离所得反应气进行气固分离，得到产品气与催化剂颗粒，所得催化剂颗粒进行热量回收后温度降低，然后回用于步骤(1)；产品气部分回用于步骤(1)。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，步骤(1)所述原料气包括富甲烷气与富氧气。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤(1)所述原料气中甲烷与氧原子的摩尔比为(3-50):1。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，步骤(1)所述催化剂颗粒的粒径D50为40-150μm。

10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述富氧气由原料气入口管道通入和/或氧气分布器通入。

11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，由原料气入口管道通入的富氧气占总富氧气通入量的0-100vol％。