[发明专利]一种甲烷氧化偶联制乙烯反应装置及其工艺

说明书

本发明属于制备乙烯技术领域，具体的说是一种甲烷氧化偶联制乙烯反应装置及其工艺；所述反应装置包括第一反应罐、旋风分离器、冷却器和第二反应罐；本发明通过从第一进气口以及第二进气口分别通入甲烷以及氧气，混合气体吹动催化剂上升，在此过程中发生反应，随后气固混合物在旋风分离器的作用下，固体进入冷却器，在流经第一反应罐完成循环，避免了催化剂堆积过厚且使催化剂循环利用，避免了催化剂的重复加入；分离的气体随后进入第二反应罐进行二次反应，使反应更充分，随后经排气管排出。

技术领域

本发明属于制备乙烯技术领域，具体的说是一种甲烷氧化偶联制乙烯反应装置及其工艺。

背景技术

乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料(聚乙烯及聚氯乙烯)、合成乙醇(酒精)的基本化工原料，也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛和炸药等，也可用作水果和蔬菜的催熟剂，是一种已证实的植物激素；乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75％以上，在国民经济中占有重要的地位，世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。

现有技术中常常采用甲烷氧化偶联制备乙烯，由于甲烷氧化偶联是强放热反应，反应器内存在明显的热点效应，尤其在催化剂装填量增加，催化剂床层变厚时，大量反应热不能及时有效移除，导致催化剂床层温升加剧，反应速率增加，放出更多的热量。过高的温度不但损害反应器的材质，同时也会造成催化剂烧结，甚至使催化剂的活性组分失活，反应物甲烷，产物乙烯和乙烷发生完全氧化反应生成CO2和H2O，导致乙烯和乙烷产品的选择性和收率降低；因此，除了致力于开发高性能催化剂的同时，反应工艺条件的选择和反应器的设计也是甲烷氧化偶联能否工业化的重要因素。

现有技术中也出现了一项专利关于一种甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置和方法技术方案，如申请号为CN201910446041.6的一项中国专利公开了一个装置，其包括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；但是，上述发明中存在缺陷，上述装置在催化剂装填量增加时，催化剂床层变厚，大量反应热不能及时有效移除，对装置寿命产生影响，且高温使催化剂烧结，催化剂失活，影响反应速率，以及反应的转化率；使得该技术方案受到限制。

鉴于此，本发明通过提出一种甲烷氧化偶联制乙烯反应装置及其工艺，以解决上述技术问题。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，解决甲烷氧化偶联制乙烯反应中催化剂床过厚，对反应装置以及反应效率的影响以及使甲烷与氧气充分反应的问题，本发明提供一种甲烷氧化偶联制乙烯反应装置及其工艺。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种甲烷氧化偶联制乙烯工艺，所述工艺包括以下步骤：

S1：从进料口注入颗粒状催化剂，调节第一出料管以及第二出料管上的控制阀，使颗粒状催化剂通过第一出料管以及第二出料管分别进入第一反应罐以及第二反应罐；当第一反应罐以及第二反应罐内分别到达规定量的催化剂后，停止注入催化剂；

S2：将预热后的具有规定比例的甲烷与氧气分别从第一进气口与第二进气口注入，两种气体在第一反应罐反应后，流至第一反应罐的顶部经第一连接管流进旋风分离器；

S3：流经旋风分离器的气固混合物，固体进入冷却器，随后经第一出料管流至第一反应罐完成循环，气体经第二连接管流至第二反应罐进行二次反应，随后经排气管排出。