CN108530248B - 一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供的一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置及方法。所述装置包括反应器和催化剂输送管，所述反应器包括流化区和沉降区；所述沉降区位于所述流化区上部，所述沉降区与所述流化区同轴连接，所述催化剂输送管的入口连接沉降区，催化剂输送管出口连接流化区；流化区的内部下方设置有气体分布器，气体分布器上方至流化区顶部的空间内设置氧气分布器和换热管束，流化区底部与原料进口管的一端连接；沉降区内设置有提升管、旋风分离器和集气室，沉降区的顶部与气体出口管一端连接，提升管的一端与旋风分离器连接，另一端与流化区连接。本发明实施例通过流化床反应器使得催化剂颗粒在上升气流作用下剧烈运动，使催化剂床层温度分布更均匀。

Description

一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置及方法
技术领域
本发明涉及石油化工技术领域，具体而言，涉及一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置及方法。
背景技术
乙烯作为基础工业原料在石化工业中占有重要的地位，乙烯产量是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。除北美和中东，世界上大部分国家和地区(包括我国在内)以石脑油为原料，采用蒸汽裂解法制乙烯。该方法不仅高耗能、高成本、排放温室气体，而且由于原料来自于石油，需要消耗宝贵的石油资源。因此，各国开展了替代路线的研究，主要替代来源是煤和天然气。
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。
为了解决反应区域的“飞温”现象，研究学者们曾提出了几种方法，其一是采用熔融盐热载体将反应热移除，但是，熔融盐操作困难，且价格昂贵。其二，减少催化剂床层厚度，增加散热面积，即所谓的“薄层床反应器”，这种结构的反应器直径较大，虽然降低了轴向温差，但增加了径向温度梯度，导致催化剂床层径向受热不均，影响催化剂的效果，因此，这类反应器也有很大局限性。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置，以解决上述技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置，包括：反应器1和催化剂输送管4，所述反应器1包括流化区2和沉降区3；所述沉降区3位于所述流化区2上部，所述沉降区3与所述流化区2同轴连接，所述催化剂输送管4的入口连接沉降区3，所述催化剂输送管4出口连接所述流化区2；
所述流化区2的内部下方设置有气体分布器6，所述气体分布器6上方至所述流化区2顶部的空间内设置氧气分布器7和换热管束8，所述流化区2底部与原料进口管5的一端连接；
所述沉降区3内设置有提升管9、旋风分离器和集气室14，所述沉降区3的顶部与气体出口管15一端连接，所述提升管9的一端与所述旋风分离器连接，另一端与所述流化区2连接。
进一步地，所述气体分布器6上方至所述流化区2顶部的空间内的上部、中部和下部均设置有所述氧气分布器7。
进一步地，所述旋风分离器包括第一旋风分离器10、第二旋风分离器11、第三旋风分离器12和第四旋风分离器13，所述第一旋风分离器10和所述第二旋风分离器11串联连接，所述第三旋风分离器12和所述第四旋风分离器13串联连接，所述提升管9的顶部出口与所述第一旋风分离器10的入口相连，所述第三旋风分离器12的入口与所述沉降区3相通，所述第二旋风分离器11和所述第四旋风分离器13的出气管均与所述集气室14相连。
进一步地，所述旋风分离器的固体出口均位于沉降区3内催化剂床层界面18的下方。
进一步地，所述催化剂输送管4上设有冷却器16和催化剂流量控制阀17。
进一步地，所述气体分布器6为板式气体分布板、泡帽侧孔分布板或直孔泡帽分布板；
所述换热管束8为U型管式换热管束或列管式换热管束；
所述氧气分布器7为树枝形气体分布器或环形管气体分布器。
进一步地，所述催化剂流量控制阀17为塞阀或滑阀。
第二方面，本发明实施例提供了一种制乙烯方法，包括：
控制催化剂流量控制阀17使得催化剂输送管4内的催化剂从流化区2底部进入，并向上流动；
将预热后的具有预设比例的甲烷和氧气作为原料气充入所述流化区2中；
所述原料气与所述催化剂进行甲烷氧化偶联反应，反应后获得的气固混合物经沉降区3内的提升管9进入第一旋风分离器10和所述第二旋风分离器11进行气固分离，分离出的气体经集气室14顶部的气体出口管15排出，分离出的固体催化剂落入沉降区3内的催化剂床层；若所述沉降区3中包含有所述气固混合物，则通过第三旋风分离器12和第四旋风分离器13进行气固分离；
催化剂床层中的催化剂进入催化剂输送管4，经冷却器16冷却后返回流化区2。
进一步地，所述将预热后的具有预设比例的甲烷和氧气作为原料气充入所述流化区2中，包括：
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气通过原料进口管5充入所述流化区2；或
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气分别通过原料进口管5和气体分布器6上方至所述流化区2顶部的空间内的底部的氧气分布器7充入所述流化区2；或
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气分别通过原料进口管5以及，气体分布器6上方至所述流化区2顶部的空间内的底部和中部的氧气分布器7充入所述流化区2；或
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气分别通过原料进口管5，以及气体分布器6上方至所述流化区2顶部的空间内的底部、中部和上部的氧气分布器7充入所述流化区2。
进一步地，所述方法，还包括：
若判断获知所述催化剂床层温度高于预设阈值，则只向所述流化区充入甲烷。
本发明实施例提供的一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置及方法，通过流化床反应器使得催化剂颗粒在上升气流作用下剧烈运动，避免了固定床反应器中的“热点”现象，可以使催化剂床层温度分布均匀，并且装置结构简单、操作弹性大及生产成本低。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种制乙烯方法流程示意图。
图标：1-反应器；2-流化区；3-沉降区；4-催化剂输送管；5-原料进口管；6-气体分布器；7-氧气分布器；8-换热管束；9-提升管；10-第一旋风分离器；11-第二旋风分离器；12-第三旋风分离器；13-第四旋风分离器；14-集气室；15-气体出口管；16-冷却器；17-流量控制阀；18-沉降区催化剂床层界面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1为本发明实施例提供的一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置结构示意图，如图1所示，所述装置，包括：反应器1和催化剂输送管4，所述反应器1包括流化区2和沉降区3；所述沉降区3位于所述流化区2上部，所述沉降区3与所述流化区2同轴连接，所述催化剂输送管4的入口连接沉降区3，所述催化剂输送管4出口连接所述流化区2；
在具体的实施过程中，反应装置包括反应器1和催化剂输送管4，反应器包括流化区2和沉降区3，沉降区位于流化区2上方，并且同轴设置，另外，为了防止原料气和催化剂泄露，沉降区3与流化区2无缝连接。催化剂输送管4用于向流化区2输送催化剂，并回收沉降区3中的催化剂，因此催化剂输送管4的入口与沉降区3连接，出口与流化区2连接。
所述流化区2的内部下方设置有气体分布器6，所述气体分布器6上方至所述流化区2顶部的空间内设置氧气分布器7和换热管束8，所述流化区2底部与原料进口管5的一端连接；
在具体的实施过程中，流化区2的壳体自下而上为无缝连接的底部封头、圆筒形筒体和第一顶部封头，在流化区2内部的下方设置有气体分布器6，气体分布器6的作用是让通过原料进口管输送到流化区2的原料气能够均匀的分布在流化区。在气体分布器6上方至流化区2顶部的空间内设置氧气分布器7和换热管束8，氧气分布器7的作用是向流化区均匀的填充氧气，换热管束8的作用为增加或降低流化区2内部的温度，使得提高催化剂和原料气活性。流化区2的底部封头与原料进口管5的一端连接，通过原料进口管5可以向流化区充入原料气。
所述沉降区3内设置有提升管9、旋风分离器和集气室14，所述沉降区3的顶部与气体出口管15一端连接，所述提升管9的一端与所述旋风分离器连接，另一端与所述流化区2连接。
在具体的实施过程中，沉降区3的壳体自上而下由第二顶部封头、圆筒形筒体和倒置截头圆锥面形筒体组成，在沉降区3内部设置有提升管9、旋风分离器和集气室14，集气室14设置在沉降区3内部的上方，且沉降区3的顶部设置与气体出口管15的一端连接。提升管的一端与旋风分离器连接，另一端与流化区2连接，提升管9的作用是将流化区2内经过反应后的气固混合物向旋风分离器输送，旋风分离器用于气固分离，将分离出的气体通过集气室和气体出口管15排出。另外，经过旋风分离器进行分离后得到的催化剂进入催化剂输送管4，经冷却器16冷却后返回流化区2。
本发明实施例通过流化床反应器使得催化剂颗粒在上升气流作用下剧烈运动，避免了固定床反应器中的“热点”现象，可以使催化剂床层温度分布均匀，并且装置结构简单、操作弹性大及生产成本低。
在上述实施例的基础上，所述气体分布器6上方至所述流化区2顶部的空间内的上部、中部和下部均设置有所述氧气分布器7。
在具体的实施过程中，可以在气体分布器6上方至流化区2顶部所构成的空间内的上部、中部和下部均设置有氧气分布器7，布置在下部时，氧气分布器7介于气体分布器6和换热管束8之间，布置在中部时，氧气分布器7位于换热管束8的间隙处，布置在上部时，氧气分布器7介于换热管束8和流化区2顶部之间。通过氧气分布器7向反应器内通入氧气以调整反应器内不同位置的烷氧比，从而控制催化剂床层和反应气的温升。应当说明的是，在气体分布器6上方至流化区2顶部所构成的空间内的上部、中部和下部中任意一个位置或其组合均可设置氧气分布器7。
本发明实施例通过在流化区内设置多个氧气分布器进行分段补氧，采用分段补氧可以灵活地调节甲烷和氧气之间的比例，抑制深度氧化生成CO和CO2的反应，以获得较高的甲烷转化率和较好的乙烯收率。
在上述实施例的基础上，所述旋风分离器包括第一旋风分离器10、第二旋风分离器11、第三旋风分离器12和第四旋风分离器13，第一旋风分离器10和第二旋风分离器11串联连接，第三旋风分离器12和第四旋风分离器13串联连接，提升管9的顶部出口与第一旋风分离器10的入口相连，提升管9将反应后的气固混合物输至第一旋风分离器10和第二旋风分离器11，在第一旋风分离器10和第二旋风分离器11中进行气固分离，第三旋风分离器12的入口与沉降区3相通，当沉降区3内部含有反应后的气固混合物时，可以通过第三旋风分离器12和第四旋风分离器13进行气固分离，第二旋风分离器11和第四旋风分离器13的出气管均与所述集气室14相连，将分离后的气体排到集气室14，再由气体出气管15排出。
本发明实施例通过在沉降区内设置第一旋风分离器、第二旋风分离器、第三旋风分离器和第四旋风分离器，能够最大程度的进行气固分离。
在上述实施例的基础上，所述旋风分离器的固体出口均位于沉降区3内催化剂床层界面18的下方。
在具体的实施过程中，第一旋风分离器、第二旋风分离器、第三旋风分离器和第四旋风分离器的出口均位于沉降区内的催化剂床层界面18的下方，保证经过气固分离后的获得的固体催化剂能够沉积在催化剂床层界面18以下。
在上述实施例的基础上，所述气体分布器6为板式气体分布板、泡帽侧孔分布板或直孔泡帽分布板；
所述换热管束8为U型管式换热管束或列管式换热管束；
所述氧气分布器7为树枝形气体分布器或环形管气体分布器。
在具体的实施过程中，气体分布器6为常规的板式气体分布板、泡帽侧孔分布板或直孔泡帽分布板，让气体顺利通过气体分布器气孔进入反应器，并将反应器中催化剂颗粒处于沸腾状态。换热管束8一般为U型管式换热管束或列管式换热管束。氧气分布器7为常规的树枝形气体分布器或环形管气体分布器。应当说明的是，气体分布器6、氧气分布器7和换热管束8除上述所列以外还可以是其他类型，本发明实施例对此不作具体限定。
本发明实施例既采用了列管式内取热，又采用了催化剂循环的外取热方式，良好的换热使剧烈的甲烷氧化偶联反应放出的大量热量迅速通过换热装置中传热介质移走，从而可以降低催化剂床层温度，使强放热的甲烷氧化偶联反应在较佳的温度范围内得以充分进行，保障了操作安全，还可产生高压蒸汽或中压蒸汽。
在上述实施例的基础上，催化剂流量控制阀17为塞阀或滑阀，或者为其他类型的控制阀。冷却器16一般为套管式冷却器或管壳式冷却器。
本发明实施例在催化剂床层产生飞温时，通过切断气体分布器和氧气分布器中的氧气以停止反应，同时继续通入甲烷以带走催化剂床层的温度，将整个反应器冷却至安全的温度范围。还可以通过气体分布器和氧气分布器向反应器内通入水蒸气或惰性气体作为稀释气体控制催化剂床层和反应气体的温升。
图2为本发明实施例提供的一种制乙烯方法流程示意图，如图2所示，包括：
在通过甲烷氧化偶联制乙烯时，所采用的反应装置为上述各实施例中任意一个，反应器1的流化区2圆筒形筒体的内直径为400mm、高度为1000mm。沉降区3圆筒形筒体的内直径为600mm、高度为1000mm，沉降区3倒置截头圆锥面形筒体的高度为200mm。
催化剂输送管4和提升管9的横截面形状均为圆形，其中，催化剂输送管4的内直径为70mm，提升管9的内直径为100mm。各管道的长度或高度，主要按反应器1的结构尺寸和布置方式及与其它管道的连接位置加以确定。气体分布器6为常规的板式气体分布板，氧气分布器7为常规的树枝形气体分布器。
负载型催化剂，所述催化剂含有载体、负载在载体上的金属活性组分和助剂。以催化剂的总量为基准并以元素计，所述载体为SiO2、TiO2及SiC，优选为SiO2，载体含量为10wt％-99.5wt％，优选为80wt％-95wt％；所述活性组分由Na2WO4和Mn组成，活性组分的含量为5wt％-15wt％，优选为5wt％-10wt％；所述助剂为Ce、La、Sr、Ru、Zr和Nd的氧化物中的一种或多种，所述助剂的含量为0.1wt％-10wt％，优选为1wt％-5wt％。所述催化剂的粒径大小为10～500μm，优选粒径大小为50～100μm。
步骤201：控制催化剂流量控制阀17使得催化剂输送管4内的催化剂从流化区2底部进入，并向上流动。
在具体的实施过程中，控制催化剂流量控制阀17，使得催化剂输送管4内的催化剂从流化区2的下部进入反应器1并向上流动。
步骤202：将预热后的具有预设比例的甲烷和氧气作为原料气充入所述流化区2中。
在具体的实施过程中，预热后的甲烷和氧气的混合气按预设比例从流化区2底部的原料进口管5进入流化区2，甲烷和氧气构成原料气，进入流化区2后，原料气与催化剂接触产生化学反应。
步骤203：所述原料气与所述催化剂进行甲烷氧化偶联反应，反应后获得的气固混合物经沉降区3内的提升管9进入第一旋风分离器10和所述第二旋风分离器11进行气固分离，分离出的气体经集气室14顶部的气体出口管15排出，分离出的固体催化剂落入沉降区3内的催化剂床层；若所述沉降区3中包含有所述气固混合物，则通过第三旋风分离器12和第四旋风分离器13进行气固分离。
在具体的实施过程中，在反应器1内原料气和流化的催化剂接触进行甲烷氧化偶联反应，反应后的气固混合物经沉降区3内的提升管9进入第一旋风分离器10和所述第二旋风分离器11进行气固分离，如果沉降区3内部含有气固混合物，则可通过第三旋风分离器12和第四旋风分离器13进行气固分离，分离出的气体经集气室14顶部的气体出口管15排出，进一步回收利用。
步骤204：催化剂床层中的催化剂进入催化剂输送管4，经冷却器16冷却后返回流化区2。
在具体的实施过程中，分离出的固体催化剂落入沉降区3内的催化剂床层，催化剂床层中的催化剂进入催化剂输送管4，经冷却器16冷却后返回流化区2。
在上述的操作过程中，甲烷与氧气的摩尔比可以为常规选择，一般地，甲烷与氧气的摩尔比可以为3～10:1，优选为4～6:1。反应温度一般为600～900℃、优选为750～850℃。反应器操作压力为0～1.0MPa，优选为0.1～0.5MPa，甲烷体积空速为1000～50000h-l，优选为5000～20000h-l。
本发明实施例通过流化床反应器使得催化剂颗粒在上升气流作用下剧烈运动，避免了固定床反应器中的“热点”现象，可以使催化剂床层温度分布均匀，并且装置结构简单、操作弹性大及生产成本低。
在上述实施例的基础上，
所述将预热后的具有预设比例的甲烷和氧气作为原料气充入所述流化区2中，包括：
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气通过原料进口管5充入所述流化区2；
在具体的实施过程中，催化剂输送管4内的催化剂从流化区2的底部进入反应器1并向上流动，预热后的甲烷和全部氧气混合气按一定的预设比例从流化区2底部的原料进口管5进入反应器1，经气体分布器6分布后并向上流动，在反应器1内原料气和流化的催化剂接触进行甲烷氧化偶联反应，反应后的气固混合物经沉降区3内的提升管9进入旋风分离器进行气固分离，分离出的气体经集气室14顶部气体出口管15排出，进一步回收利用。分离出的固体催化剂落入沉降区3内的催化剂床层，催化剂床层中的催化剂进入催化剂输送管4，经冷却器16冷却后返回流化区2。
甲烷和氧气的摩尔比为4:1，反应器1的温度控制为800℃左右，顶部压力为常压，进行上述反应后，分析集气室14顶部气体出口管15的气体产物组成，甲烷浓度为81.4v％，二氧化碳浓度为3.1v％，一氧化碳浓度为6.4v％，乙烷浓度为2.3v％，乙烯浓度为5.3v％，氢气浓度为1.5v％。
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气分别通过原料进口管5和气体分布器6上方至所述流化区2顶部的空间内的底部的氧气分布器7充入所述流化区2；
在具体的实施过程中，采用与上述实施例相同的甲烷氧化偶联制乙烯反应方法，不同之处在于：预热后的甲烷和一部分氧气(总氧含量的50v％)混合气按一定的比例从流化区2底部的原料进口管5进入反应器1，经气体分布器6分布后并向上流动，另一部分氧气(总氧含量的50v％)经流化区底部的氧气分布器7进入反应器1，反应器1的温度控制在800℃左右，进行上述反应后，分析集气室14顶部气体出口管15的气体产物组成，其中，甲烷浓度为76.8v％，二氧化碳浓度为3.6v％，一氧化碳浓度为8.3v％，乙烷浓度为3.6v％，乙烯浓度为6.4v％，氢气浓度为1.3v％。
另一种实施例为：采用与上述实施例相同的甲烷氧化偶联制乙烯反应方法，不同之处在于：预热后的甲烷和一部分氧气(总氧含量的50v％)混合气按一定的比例从流化区2底部的原料进口管5进入反应器1，经气体分布器6分布后并向上流动，另一部分氧气(总氧含量的50v％)经流化区底部的氧气分布器7进入反应器1，反应器1的温度控制在850℃左右，甲烷和氧气的摩尔比为5:1，进行上述反应后，分析集气室14顶部气体出口管15的气体产物组成，其中，甲烷浓度为72.7v％，二氧化碳浓度为3.9v％，一氧化碳浓度为7.9v％，乙烷浓度为4.8v％，乙烯浓度为8.5v％，氢气浓度为2.2v％。
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气分别通过原料进口管5以及，气体分布器6上方至所述流化区2顶部的空间内的底部和中部的氧气分布器7充入所述流化区2；
在具体的实施过程中，采用与上述实施例相同的甲烷氧化偶联制乙烯反应方法，不同之处在于：预热后的甲烷和一部分氧气(总氧含量的50v％)混合气按一定的比例从流化区2底部的原料进口管5进入反应器1，经气体分布器6分布后并向上流动，一部分氧气(总氧含量的30v％)经流化区底部的氧气分布器7进入反应器1，一部分氧气(总氧含量的20v％)经流化区中部的氧气分布器7进入反应器1，反应器1的温度控制在850℃左右，甲烷和氧气的摩尔比为5:1，进行上述反应后，分析集气室14顶部气体出口管15的气体产物组成，其中，甲烷浓度为71.6v％，二氧化碳浓度为4.5v％，一氧化碳浓度为8.7v％，乙烷浓度为5.3v％，乙烯浓度为7.1v％，氢气浓度为2.8v％。
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气分别通过原料进口管5，以及气体分布器6上方至所述流化区2顶部的空间内的底部、中部和上部的氧气分布器7充入所述流化区2。
在具体的实施过程中，采用与上述实施例相同的甲烷氧化偶联制乙烯反应方法，不同之处在于：预热后的甲烷和一部分氧气(总氧含量的40v％)混合气按一定的比例从流化区2底部的原料进口管5进入反应器1，经气体分布器6分布后并向上流动，一部分氧气(总氧含量的30v％)经流化区底部的氧气分布器7进入反应器1，一部分氧气(总氧含量的20v％)经流化区中部的氧气分布器7进入反应器1，一部分氧气(总氧含量的10v％)经流化区上部的氧气分布器7进入反应器1，反应器1的温度控制在850℃左右，甲烷和氧气的摩尔比为5:1，进行上述反应后，分析集气室14顶部气体出口管15的气体产物组成，其中，甲烷浓度为65.4v％，二氧化碳浓度为5.3v％，一氧化碳浓度为10.9v％，乙烷浓度为6.5v％，乙烯浓度为8.1v％，氢气浓度为3.8v％。
应当说明的是，甲烷和氧气的摩尔比和反应器的温度控制可以根据实际情况进行调整，本发明实施例对此不作具体限定。
本发明实施例通过通过流化床反应器使得催化剂颗粒在上升气流作用下剧烈运动，避免了固定床反应器中的“热点”现象，可以使催化剂床层温度分布均匀，通过调节催化剂的循环量和在反应器内的停留时间来控制反应器中甲烷的转化深度，从而调节反应器出口的气体组成，与固定床相比，流化床的操作气速相对较高，在设备尺寸与固定床相当的情况下，实现高于固定床数倍的产量。
在上述实施例的基础上，所述方法，还包括：
若判断获知所述催化剂床层温度高于预设阈值，则只向所述流化区充入甲烷。
在具体的实施过程中，若判断获知催化剂床层温度高于预设阈值，通过切断气体分布器和氧气分布器中的氧气以停止反应，同时继续通入甲烷以带走催化剂床层的温度，将整个反应器冷却至安全的温度范围。还可以通过气体分布器和氧气分布器向反应器内通入水蒸气或惰性气体作为稀释气体控制催化剂床层和反应气体的温升。可以理解的是，预设阈值可以根据实际情况具体设定，本发明实施例对此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (8)

1.一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置，其特征在于，包括：反应器(1)和催化剂输送管(4)，所述反应器(1)包括流化区(2)和沉降区(3)；所述沉降区(3)位于所述流化区(2)上部，所述沉降区(3)与所述流化区(2)同轴连接，所述催化剂输送管(4)的入口连接沉降区(3)，所述催化剂输送管(4)出口连接所述流化区(2)；
所述流化区(2)的内部下方设置有气体分布器(6)，所述气体分布器(6)上方至所述流化区(2)顶部的空间内的上部、中部和下部均设置氧气分布器(7)和换热管束(8)，所述流化区(2)底部与原料进口管(5)的一端连接；
所述沉降区(3)内设置有提升管(9)、旋风分离器和集气室(14)，所述沉降区(3)的顶部与气体出口管(15)一端连接，所述提升管(9)的一端与所述旋风分离器连接，另一端与所述流化区(2)连接；
其中：
所述旋风分离器包括第一旋风分离器(10)、第二旋风分离器(11)、第三旋风分离器(12)和第四旋风分离器(13)，所述第一旋风分离器(10)和所述第二旋风分离器(11)串联连接，所述第三旋风分离器(12)和第四旋风分离器(13)串联连接，所述提升管(9)的顶部出口与所述第一旋风分离器(10)的入口相连，所述第三旋风分离器(12)的入口与所述沉降区(3)相通，所述第二旋风分离器(11)和所述第四旋风分离器(13)的出气管均与所述集气室(14)相连。
2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述旋风分离器的固体出口均位于沉降区(3)内催化剂床层界面(18)的下方。
3.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述催化剂输送管(4)上设有冷却器(16)和催化剂流量控制阀(17)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的反应装置，其特征在于，所述气体分布器(6)为板式气体分布板、泡帽侧孔分布板或直孔泡帽分布板；
所述换热管束(8)为U型管式换热管束或列管式换热管束；
所述氧气分布器(7)为树枝形气体分布器或环形管气体分布器。
5.根据权利要求3所述的反应装置，其特征在于，所述催化剂流量控制阀(17)为塞阀或滑阀。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述的反应装置的制乙烯方法，其特征在于，包括：
控制催化剂流量控制阀(17)使得催化剂输送管(4)内的催化剂从流化区(2)底部进入，并向上流动；
将预热后的具有预设比例的甲烷和氧气作为原料气充入所述流化区(2)中；
所述原料气与所述催化剂进行甲烷氧化偶联反应，反应后获得的气固混合物经沉降区(3)内的提升管(9)进入第一旋风分离器(10)和所述第二旋风分离器(11)进行气固分离，分离出的气体经集气室(14)顶部的气体出口管(15)排出，分离出的固体催化剂落入沉降区(3)内的催化剂床层；若所述沉降区(3)中包含有所述气固混合物，则通过第三旋风分离器(12)和第四旋风分离器(13)进行气固分离；
催化剂床层中的催化剂进入催化剂输送管(4)，经冷却器(16)冷却后返回流化区(2)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将预热后的具有预设比例的甲烷和氧气作为原料气充入所述流化区(2)中，包括：
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气通过原料进口管(5)充入所述流化区(2)；或
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气分别通过原料进口管(5)和气体分布器(6)上方至所述流化区(2)顶部的空间内的底部的氧气分布器(7)充入所述流化区(2)；或
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气分别通过原料进口管(5)以及，气体分布器(6)上方至所述流化区(2)顶部的空间内的底部和中部的氧气分布器(7)充入所述流化区(2)；或
根据预设比例将预热后的甲烷和氧气作为原料气分别通过原料进口管(5)，以及气体分布器(6)上方至所述流化区(2)顶部的空间内的底部、中部和上部的氧气分布器(7)充入所述流化区(2)。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括：
若判断获知所述催化剂床层温度高于预设阈值，则只向所述流化区充入甲烷。
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