CN112973584B - 一种流化床反应装置及其应用 - Google Patents

一种流化床反应装置及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN112973584B
CN112973584B CN202110169078.6A CN202110169078A CN112973584B CN 112973584 B CN112973584 B CN 112973584B CN 202110169078 A CN202110169078 A CN 202110169078A CN 112973584 B CN112973584 B CN 112973584B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fluidized bed
gas
bed reactor
catalyst
fluidized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110169078.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112973584A (zh
Inventor
刘姣
张战国
岳君容
崔彦斌
许光文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Process Engineering of CAS
Original Assignee
Institute of Process Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Process Engineering of CAS filed Critical Institute of Process Engineering of CAS
Priority to CN202110169078.6A priority Critical patent/CN112973584B/zh
Publication of CN112973584A publication Critical patent/CN112973584A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112973584B publication Critical patent/CN112973584B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/76—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen
    • C07C2/82—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen oxidative coupling
    • C07C2/84—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen oxidative coupling catalytic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种流化床反应装置及其应用，所述流化床反应装置包括流化床反应器，流化床反应器的顶部设置有催化剂进口与产品气出口，底部设置有催化剂出口与原料气进口；沿轴向方向，所述流化床反应器内设置有至少2层流化床；每层流化床的底部设置有孔板；相邻两层流化床之间设置有溢流管。本发明通过对流化床反应装置的结构进行改进，减少了气体返混，有效稳定流化状态，避免不稳定流化床状态引起的产物组成不稳定；应用于甲烷氧化偶联反应，氧气分级进入流化床反应器，避免甲烷的深度氧化，在保证甲烷转化率的前提下提高C2+的选择性；流化床反应器可根据处理气量，调节催化剂用量和换热介质的流速，抗负荷变动的能力强。

Description

一种流化床反应装置及其应用
技术领域
本发明属于反应工程技术领域，涉及一种反应装置，尤其涉及一种流化床反应装置及其应用。
背景技术
乙烯是合成塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、染料、农药、化工新材料以及日用化工产品的基本原料，是用途最广的基本有机化工原料。乙烯目前主要通过两种方式获得，一是通过原油、油田气等石油系原料直接裂解；二是将石油炼制所得较为轻质的烃类混合物石脑油，进一步蒸汽热裂解制得。随着石油资源的日渐紧张和乙烯需求量的不断增加，开辟一条乙烯生产的新路线已经成为国内外研究的热点。
1982年Keller等人首次报道甲烷氧化偶联制烯烃的结果，但经过近四十年国内外的研究，甲烷氧化偶联制烯烃仍未能实现工业化，甲烷转化率和C2+收率有待提高。甲烷分子具有稳定的正四面体结构，因此活化温度要求较高。另一方面，目标产物C2+反应活性较高，易被深度氧化成CO或CO2，导致C2+选择性不高。
由于甲烷氧化偶联是强放热反应，反应器内存在明显的温度梯度，深度氧化更是造成床层温升加剧，反应速率增加，放出更多的热量。过高的温度会造成催化剂烧结以及活性组分的流失，进而引起催化剂失活，因此在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，CN 1146373A和CN 111747821A将多段固定床反应工艺应用于甲烷氧化偶联反应，催化剂分装在2-5段串联的固定床反应器中，反应气可以从第一段反应器进口气一次引入，也可以根据情况从各个反应器进气口分别引入，以保证各段反应温度均在700-900℃之间。而CN 106732201A公布的反应器则包含至少两段薄层固定床反应段，每段反应段的催化剂床层由1-2个床层组成。
US 0321974A1中公开了通过甲烷氧化偶联反应生成烯烃的系统和方法。该系统包含一段或多段反应器，每一个反应器包含一个或多个催化剂床层，每个床层的催化剂含有相同或不同的化学组成或结构，可以在不同的操作条件下工作。至少一部分催化剂床层为绝热操作，至少一部分催化剂床层为等温操作。反应入口温度小于600℃，床层温度大于800℃，每段反应器出口经冷剂如锅炉给水换热后温度控制在400-600℃。
CN 111747811A公开了一种用于甲烷氧化偶联的恒温反应器，恒温反应器内设置有间隔排布的多组反应单元、多组取热单元以及隔热结构。催化剂装填于反应单元内，取热介质在取热单元内流动并吸收反应单元放出的热量，隔热结构设置于反应单元和取热单元之间，隔热结构与反应单元的接触面的温度高于甲烷氧化偶联反应的起始温度。上述公开的甲烷氧化偶联工艺均为固定床反应器，较为常规的温控手段为控制原料进料量、加稀释气和中间段冷剂等，但对于高温强放热的甲烷氧化偶联过程，在工业放大过程中难以实现温度的有效控制和灵活调变。
CN 108530248A公开了一种甲烷氧化偶联制乙烯的反应装置及方法，所述装置包括流化床反应器和催化剂输送管。流化床反应器包括流化区和沉降区两部分，同时流化区内部设置多个氧气分布器和换热管束，沉降区设置多级旋风分离器并保持一定催化剂床层高度，沉降区的催化剂通过催化剂输送床和冷却器后返回流化区，实现催化剂的循环。该方法即采用了流化床内置列管取热，又采用了催化剂循环的外取热方式，将甲烷氧化偶联反应放出的大量热量迅速移出床层，从而降低了催化剂床层的温度，避免了固定床反应器中的热点，使床层温度分布均匀。CN 111747808A和CN 110078580A均采用一组或多组串联的流化床反应器进行甲烷氧化偶联反应，这两种方法均利用流化床反应器的高热容、高换热速率的特点，实现强放热的甲烷氧化偶联反应的稳定进行。
在单段流化床反应器中，流化的催化剂颗粒处于高度返混状态，对甲烷转化率和C2+收率不利，而多段流化床流程复杂，多组床中流化状态间的匹配难以控制，易造成产品组成波动较大，催化剂循环不稳定，因此，需要提供一种新的流化床反应装置及其应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流化床反应装置及其应用，尤其涉及一种甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置及其应用。本发明通过对流化床反应装置结构的改进，提高了所述流化床反应装置用于甲烷氧化偶联制乙烯时，甲烷的转化效率，且能够生产高附加值的C2+产品。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种流化床反应装置，所述流化床反应装置包括流化床反应器。
所述流化床反应器的顶部设置有催化剂进口与产品气出口。
所述流化床反应器的底部设置有催化剂出口与原料气进口。
沿轴向方向，所述流化床反应器内设置有至少2层流化床；每层流化床的底部设置有孔板。
相邻两层流化床之间设置有溢流管，所述溢流管用于将相邻两层流化床的上层催化剂颗粒输送至下层。
应用本发明所述流化床反应装置时，催化剂由流化床反应器顶部的催化剂进口进入，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床中，以此类推，直至所有的流化床层中均有催化剂；然后将原料气从原料气进口通入，含氧气体由孔板下侧的含氧气体进口通入，反应后的产物从产品气出口排出流化床反应器。
本发明所述孔板的设置为使气体流过，同时截留催化剂颗粒。孔板的设置能够使流化床反应器内为鼓泡流化状态，保证了气固接触的良好效果，传热传质效率高，床层温度均匀；而且采用至少2层流化床，减少了气体返混，有效稳定流化状态，避免不稳定流化床状态引起的产物组成不稳定。
优选地，所述流化床反应器内设置有2-6层流化床，例如可以是2层、3层、4层、5层或6层，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述流化床反应器中孔板的下部设置有含氧气体通入管路。
本发明通过在每层孔板的下部设置含氧气体通入管路，将含氧气体分级流入流化床反应器。
对于甲烷氧化偶联反应，当反应物中O2和CH4的比例较高时，甲烷的深度氧化反应剧烈，一方面造成C2+的选择性降低，另一方面产生大量的反应热，造成反应床飞温；而当反应物中O2与CH4的比例较低时，C2+选择性会升高，但甲烷转化率降低。本发明通过在每层孔板的下部设置富氧气通路管路，能够实现不同反应床层中CH4和O2比例的灵活调节，抑制CH4深度氧化生成CO和CO2，实现床层温度的调控，获得较高的甲烷转化率和较高的C2+收率。
优选地，所述流化床反应装置还包括换热装置；所述换热装置用于移出流化床的热量。
优选地，所述换热装置包括换热夹套和/或移热管。
不论是甲烷氧化偶联制C2+，还是甲烷深度氧化成CO或CO2，这两个反应均为强放热过程。为了保障甲烷和氧气在合适的温度下进行反应，本发明通过换热装置的设置，保证了每层流化床的温度稳定。
优选地，所述流化床反应装置还包括气固分离装置；所述气固分离装置与产品气出口连接。
优选地，所述流化床反应装置还包括催化剂供给装置；所述催化剂供给装置与催化剂进口连接。
优选地，所述气固分离装置的产品气出口管道设置有气体回流支管；所述气体回流支管与最底层的流化床连接。
本发明通过气体回流支管的设置，使气固分离装置中分离得到的气体能够部分回用于最底层的流化床，从而能够进一步提高原料气中的甲烷转化率。
本发明所述“部分回用”的回用比例能够根据产品气品质进行合理调整，本发明不做过多限定。
优选地，所述气固分离装置的固体出口管道与最底层的流化床连接。
本发明通过固体出口管道与最底层的流化床连接，实现了催化剂的回收利用，降低了催化剂的消耗，而且还能够利用催化剂颗粒的热量实现对原料气的加热，降低了所述流化床反应装置的热量消耗。
第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的流化床反应装置的应用，所述流化床反应装置用于甲烷氧化偶联制乙烯。
优选地，所述应用包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体连续通入流化床反应器，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒。
优选地，步骤(2)所述原料气中甲烷的体积分数为80-100vol％，例如可以是80vol％、85vol％、90vol％、95vol％或100vol％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述含氧气体中氧气的体积分数为10-100vol％，例如可以是10vol％、20vol％、30vol％、40vol％、50vol％、60vol％、70vol％、80vol％、90vol％或100vol％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明步骤(2)所述原料气与含氧气体的添加量能够根据实际需要进行灵活调整。示例性的，本发明步骤(2)所述原料气与含氧气体的流量比为(2-50):1，例如可以是2:1、5:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1或50:1，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述流化床反应器内的温度为500-950℃，例如可以是500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃或950℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述流化床反应器内的温度是指流化床反应器内的整体温度，或流化床反应器内单独流化床的温度。
优选地，所述流化床反应器内的绝对压力为0.1-1.5MPa，例如可以是0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa或1.5MPa，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述应用包括将步骤(2)所得产品气回用于最底层流化床的步骤，回用气体占产品气总体积的10-90vol％，例如可以是10vol％、20vol％、30vol％、40vol％、50vol％、60vol％、70vol％、80vol％或90vol％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为第二方面所述应用的优选技术方案，所述应用包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体连续通入流化床反应器，于500-950℃以及0.1-1.5MPa的条件下进行反应，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒；所述原料气中甲烷的体积分数为80-100vol％；所述含氧气体中氧气的体积分数为10-100vol％；
步骤(2)所得产品气回用于最底层流化床的步骤，回用气体占产品气总体积的10-90vol％；步骤(2)所得催化剂回收颗粒回用于最底层流化床。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的流化床反应装置，通过孔板将流化床反应器分割为至少2层流化床，使反应床层为鼓泡流化状态，气固接触效果好，且传热传质效率高，床层温度分布均匀；
(2)本发明提供的流化床反应装置采用孔板将流化床反应器分割为至少2层流化床，减少了反应气体的返混，有效稳定了流化状态，避免了不稳定流化床状态引起的产物组成不稳定；
(3)本发明提供的流化床反应器将含氧气体通入管路设置于每层孔板的下部，使含氧气体分级进入流化床反应器，避免了甲烷的深度氧化，在保证甲烷转化率的前提下提高了C2+的选择性；
(4)本发明提供的流化床反应装置可根据处理气量，调节催化剂用量和换热介质的流速，保证了所述流化床反应器的抗负荷能力。
附图说明
图1为实施例1提供的流化床反应装置的结构示意图；
图2为实施例2提供的流化床反应装置的结构示意图；
图3为实施例3提供的流化床反应装置的结构示意图；
图4为实施例4提供的流化床反应装置的结构示意图。
其中：1，原料气进口管道；2，含氧气体通入管路；3，催化剂供给装置；4，催化剂出口；5，气固分离装置；6，产品出口；7-1，溢流管；7-2，孔板；7-3，换热夹套；7-4，移热管。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种如图1所述流化床反应装置，所述流化床反应装置包括流化床反应器。
所述流化床反应器的顶部设置有催化剂进口与产品气出口。
所述流化床反应器的底部设置有催化剂出口4与原料气进口。
沿轴向方向，所述流化床反应器内设置有6层流化床；每层流化床的底部设置有孔板7-2。
相邻两层流化床之间设置有溢流管7-1，所述溢流管7-1用于将相邻两层流化床的上层催化剂颗粒输送至下层。
所述流化床反应器中孔板7-2的下部设置有含氧气体通入管路2。
所述流化床反应装置还包括设置于产品气出口后端的气固分离装置5；所述气固分离装置5为旋风分离器。
所述流化床反应装置还包括设置于催化剂进口前端的催化剂供给装置3。
所述原料气进口与原料气进口管道1连接。
应用本实施例所述流化床反应装置时，催化剂由流化床反应器顶部的催化剂进口进入，当达到溢流管7-1高度时逐渐溢流至下层流化床中，以此类推，直至所有的流化床层中均有催化剂；然后将原料气从原料气进口通入，含氧气体由孔板7-2下侧的含氧气体通路管道2通入，反应后的产物从产品气出口排出流化床反应器，然后流入气固分离装置5，气固分离后由产品出口6排出。
实施例2
本实施例提供了一种如图2所述流化床反应装置，所述流化床反应装置包括流化床反应器。
所述流化床反应器的顶部设置有催化剂进口与产品气出口。
所述流化床反应器的底部设置有催化剂出口4与原料气进口。
沿轴向方向，所述流化床反应器内设置有6层流化床；每层流化床的底部设置有孔板7-2。
相邻两层流化床之间设置有溢流管7-1，所述溢流管7-1用于将相邻两层流化床的上层催化剂颗粒输送至下层。
所述流化床反应器中孔板7-2的下部设置有含氧气体通入管路2。
所述流化床反应装置还包括设置于产品气出口后端的气固分离装置5；所述气固分离装置5为旋风分离器。
所述流化床反应装置还包括设置于催化剂进口前端的催化剂供给装置3。
所述原料气进口与原料气进口管道1连接。
所述流化床反应装置还包括换热装置，所述换热装置用于移出流化床的热量，所述换热装置为换热夹套7-3。
应用本实施例所述流化床反应装置时，催化剂由流化床反应器顶部的催化剂进口进入，当达到溢流管7-1高度时逐渐溢流至下层流化床中，以此类推，直至所有的流化床层中均有催化剂；然后将原料气从原料气进口通入，含氧气体由孔板7-2下侧的含氧气体通路管道2通入，反应后的产物从产品气出口排出流化床反应器，然后流入气固分离装置5，气固分离后由产品出口6排出。
与实施例1相比，本实施例通过换热夹套7-3的设置，能够保证各流化床的温度稳定。
实施例3
本实施例提供了一种如图3所述流化床反应装置，所述流化床反应装置包括流化床反应器。
所述流化床反应器的顶部设置有催化剂进口与产品气出口。
所述流化床反应器的底部设置有催化剂出口4与原料气进口。
沿轴向方向，所述流化床反应器内设置有6层流化床；每层流化床的底部设置有孔板7-2。
相邻两层流化床之间设置有溢流管7-1，所述溢流管7-1用于将相邻两层流化床的上层催化剂颗粒输送至下层。
所述流化床反应器中孔板7-2的下部设置有含氧气体通入管路2。
所述流化床反应装置还包括设置于产品气出口后端的气固分离装置5；所述气固分离装置5为旋风分离器。
所述流化床反应装置还包括设置于催化剂进口前端的催化剂供给装置3。
所述原料气进口与原料气进口管道1连接。
所述流化床反应装置还包括换热装置，所述换热装置用于移出流化床的热量，所述换热装置为移热管7-4。
应用本实施例所述流化床反应装置时，催化剂由流化床反应器顶部的催化剂进口进入，当达到溢流管7-1高度时逐渐溢流至下层流化床中，以此类推，直至所有的流化床层中均有催化剂；然后将原料气从原料气进口通入，含氧气体由孔板7-2下侧的含氧气体通路管道2通入，反应后的产物从产品气出口排出流化床反应器。
与实施例1相比，本实施例通过移热管7-4的设置，能够保证各流化床的温度稳定。
实施例4
本实施例提供了一种如图4所述流化床反应装置，所述流化床反应装置包括流化床反应器。
所述流化床反应器的顶部设置有催化剂进口与产品气出口。
所述流化床反应器的底部设置有催化剂出口4与原料气进口。
沿轴向方向，所述流化床反应器内设置有6层流化床；每层流化床的底部设置有孔板7-2。
相邻两层流化床之间设置有溢流管7-1，所述溢流管7-1用于将相邻两层流化床的上层催化剂颗粒输送至下层。
所述流化床反应器中孔板7-2的下部设置有含氧气体通入管路2。
所述流化床反应装置还包括设置于产品气出口后端的气固分离装置5；所述气固分离装置5为旋风分离器。所述旋风分离器得到的催化剂颗粒返回至最底层的流化床，实现对原料气的加热；所述旋风分离器流出的产品气6部分回用至最底层的流化床。
所述流化床反应装置还包括设置于催化剂进口前端的催化剂供给装置3。
所述原料气进口与原料气进口管道1连接。
所述流化床反应装置还包括换热装置，所述换热装置用于移出流化床的热量，所述换热装置为移热管7-4(附图未示出)。
应用本实施例所述流化床反应装置时，催化剂由流化床反应器顶部的催化剂进口进入，当达到溢流管7-1高度时逐渐溢流至下层流化床中，以此类推，直至所有的流化床层中均有催化剂；然后将原料气从原料气进口通入，含氧气体由孔板7-2下侧的含氧气体通路管道2通入，反应后的产物从产品气出口排出流化床反应器。
本发明实施例1-4为了便于描述技术方案，使流化床反应器中内均设置6层流化床，但不应看做对流化床反应器中流化床数量的限制，本领域技术人员能够根据需要进行合理地设置。为了便于各应用例之间的比较，本发明应用例所用催化剂相同，均为相同的粒径在60-300μm范围内的球形粒子催化剂。
应用例1
本应用例提供了一种应用实施例1提供的流化床反应装置进行甲烷氧化偶联制乙烯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体均由最底层流化床连续通入流化床反应器，于1MPa的条件下进行反应，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒；所述原料气中甲烷的体积分数为80vol％；所述含氧气体中氧气的体积分数为100vol％。
步骤(2)所述原料气与含氧气体的体积比为30:1。
流化床反应器的顶端至底端分别为第1流化床、第2流化床、第3流化床、第4流化床、第5流化床与第6流化床，顶端至底端各流化床的温度分别为950℃、850℃、850℃、800℃、700℃与500℃。
应用例2
本应用例提供了一种应用实施例1提供的流化床反应装置进行甲烷氧化偶联制乙烯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体连续通入流化床反应器，于1MPa的条件下进行反应，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒；所述原料气中甲烷的体积分数为80vol％；所述含氧气体中氧气的体积分数为100vol％。
步骤(2)中的含氧气体连续通入流化床反应器，为将含氧气体分级通入硫化床反应器。流化床反应器的顶端至底端分别为第1流化床、第2流化床、第3流化床、第4流化床、第5流化床与第6流化床，顶端至底端各流化床的含氧气体通入比例为1:1:1:1:1:1，原料气与通入流化床反应器的含氧气体的体积比为30:1。
顶端至底端各流化床的温度分别为950℃、850℃、850℃、800℃、700℃与500℃。
应用例3
本应用例提供了一种应用实施例2提供的流化床反应装置进行甲烷氧化偶联制乙烯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体连续通入流化床反应器，于700℃与1MPa的条件下进行反应，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒；所述原料气中甲烷的体积分数为80vol％；所述含氧气体中氧气的体积分数为100vol％。
步骤(2)中的含氧气体连续通入流化床反应器，为将含氧气体分级通入硫化床反应器。流化床反应器的顶端至底端分别为第1流化床、第2流化床、第3流化床、第4流化床、第5流化床与第6流化床，顶端至底端各流化床的含氧气体通入比例为1:1:1:1:1:1，原料气与通入流化床反应器的含氧气体的体积比为30:1。
应用例4
本应用例提供了一种应用实施例2提供的流化床反应装置进行甲烷氧化偶联制乙烯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体连续通入流化床反应器，于950℃以及0.1MPa的条件下进行反应，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒；所述原料气中甲烷的体积分数为100vol％；所述含氧气体中氧气的体积分数为10vol％。
步骤(2)中的含氧气体连续通入流化床反应器，为将含氧气体分级通入硫化床反应器。流化床反应器的顶端至底端分别为第1流化床、第2流化床、第3流化床、第4流化床、第5流化床与第6流化床，顶端至底端各流化床的含氧气体通入比例为1:1:1:1:1:1，原料气与通入流化床反应器的含氧气体的体积比为30:1。
应用例5
本应用例提供了一种应用实施例3提供的流化床反应装置进行甲烷氧化偶联制乙烯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体连续通入流化床反应器，于550℃以及1.5MPa的条件下进行反应，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒；所述原料气中甲烷的体积分数为100vol％；所述含氧气体中氧气的体积分数为100vol％。
步骤(2)中的含氧气体连续通入流化床反应器，为将含氧气体分级通入硫化床反应器。流化床反应器的顶端至底端分别为第1流化床、第2流化床、第3流化床、第4流化床、第5流化床与第6流化床，顶端至底端各流化床的含氧气体通入比例为1:1:1:1:1:1，原料气与通入流化床反应器的含氧气体的体积比为30:1。
应用例6
本应用例提供了一种应用实施例4提供的流化床反应装置进行甲烷氧化偶联制乙烯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体连续通入流化床反应器，于0.1MPa的条件下进行反应，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒；所述原料气中甲烷的体积分数为100vol％；所述含氧气体中氧气的体积分数为100vol％。
步骤(2)中的含氧气体连续通入流化床反应器，为将含氧气体分级通入硫化床反应器。流化床反应器的顶端至底端分别为第1流化床、第2流化床、第3流化床、第4流化床、第5流化床与第6流化床，顶端至底端各流化床的含氧气体通入比例为1:1:1:1:1:1，原料气与通入流化床反应器的含氧气体的体积比为30:1。
步骤(2)所得产品气回用于最底层流化床的步骤，回用气体占产品气总体积的10vol％；步骤(2)所得催化剂回收颗粒回用于最底层流化床。
应用例7
本应用例提供了一种应用实施例4提供的流化床反应装置进行甲烷氧化偶联制乙烯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体连续通入流化床反应器，于0.1MPa的条件下进行反应，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒；所述原料气中甲烷的体积分数为100vol％；所述含氧气体中氧气的体积分数为100vol％。
步骤(2)中的含氧气体连续通入流化床反应器，为将含氧气体分级通入硫化床反应器。流化床反应器的顶端至底端分别为第1流化床、第2流化床、第3流化床、第4流化床、第5流化床与第6流化床，顶端至底端各流化床的含氧气体通入比例为1:1:1:1:1:1，原料气与通入流化床反应器的含氧气体的体积比为30:1。
步骤(2)所得产品气回用于最底层流化床的步骤，回用气体占产品气总体积的50vol％；步骤(2)所得催化剂回收颗粒回用于最底层流化床。
应用例8
本应用例提供了一种应用实施例4提供的流化床反应装置进行甲烷氧化偶联制乙烯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体连续通入流化床反应器，于0.1MPa的条件下进行反应，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒；所述原料气中甲烷的体积分数为100vol％；所述含氧气体中氧气的体积分数为100vol％。
步骤(2)中的含氧气体连续通入流化床反应器，为将含氧气体分级通入硫化床反应器。流化床反应器的顶端至底端分别为第1流化床、第2流化床、第3流化床、第4流化床、第5流化床与第6流化床，顶端至底端各流化床的含氧气体通入比例为1:1:1:1:1:1，原料气与通入流化床反应器的含氧气体的体积比为30:1。
步骤(2)所得产品气回用于最底层流化床的步骤，回用气体占产品气总体积的90vol％；步骤(2)所得催化剂回收颗粒回用于最底层流化床。
本发明应用例所用催化剂为粒径在60-300μm范围内的球形粒子催化剂，反应产物组分及含量采用Micro3000(Agilgent)气相色谱仪分析。甲烷反应转化率和C2+选择性的计算公式为：
甲烷转化率(％)＝(已转化CH4的摩尔量/原料气中CH4的摩尔量)×100％；
C2+选择性(％)＝(生产C2+的摩尔量×2/已转化CH4的摩尔量)×100％
最终所得结果如表1所示。
表1
甲烷转化率(％) C2+选择性(％)
应用例1 12 55
应用例2 20 61
应用例3 21 71
应用例4 22 80
应用例5 21 78
应用例6 23 75
应用例7 24 74
应用例8 26 75
由表1可知，应用例2与应用例1相比，应用例2中的含氧气体分别由6层流化床分级通入，甲烷的转化率由12％升高至20％，C2+的选择性由55％上升至72％。
应用例3、4与应用例2相比，应用例3、4所用流化床反应装置由于夹套的设置，各层流化床的温度均一，在流化床反应器内部不存在温度波动，甲烷的转化率得到进一步升高，且C2+的选择性由61％分别升高至71％与80％。
应用例5与应用例2相比，应用例5所用流化床反应装置由于移热管的设置，各层流化床的温度均一，在硫化床反应器内部不存在温度波动，甲烷的转化率得到进一步升高，且C2+的选择性由61％升高至78％。
应用例6-8利用实施例4提供的流化床反应装置进行甲烷氧化偶联制乙烯，由于产品气回用，甲烷的转化率逐渐升高，且随着产品气回用比例的增加，甲烷的转化率逐渐升高。
本发明应用例中各层流化床含氧气体通入比例为1:1:1:1:1:1，该通入比例仅仅作为示例说明，并不能当做本发明所述流化床反应装置在应用时的具体限制。同时，本发明应用例中原料气与通入流化床反应器的含氧气体的体积比为30:1，同样为示例说明，本领域技术人员能够根据需要使原料气与通入流化床反应器的含氧气体的体积比(2-50):1的范围内灵活调整。
综上所述，本发明提供的流化床反应装置，通过孔板将流化床反应器分割为至少2层流化床，是反应床层为鼓泡流化状态，气固接触效果好，且传热传质效率高，床层温度分布均匀；本发明提供的流化床反应装置采用孔板将流化床反应器分割为至少2层流化床，减少了反应气体的返混，有效稳定了流化状态，避免了不稳定流化床状态引起的产物组成不稳定；本发明提供的流化床反应器将含氧气体通入管路设置于每层孔板的下部，使富氧气分级进入流化床反应器，避免了甲烷的深度氧化，在保证甲烷转化率的前提下提高了C2+的选择性；本发明提供的流化床反应装置可根据处理气量，调节催化剂用量和换热介质的流速，保证了所述流化床反应器的抗负荷能力。
申请人声明，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，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (14)

1.一种甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置，其特征在于，所述流化床反应装置包括流化床反应器；
所述流化床反应器的顶部设置有催化剂进口与产品气出口；
所述流化床反应器的底部设置有催化剂出口与原料气进口；
沿轴向方向，所述流化床反应器内设置有至少2层流化床；每层流化床的底部设置有孔板；
相邻两层流化床之间设置有溢流管，所述溢流管用于将相邻两层流化床的上层催化剂颗粒输送至下层；
所述流化床反应器中孔板的下部设置有含氧气体通入管路；
所述流化床反应装置还包括换热装置；所述换热装置用于移出流化床的热量；
所述换热装置为移热管；
所述流化床反应装置还包括气固分离装置；所述气固分离装置与产品气出口连接。
2.根据权利要求1所述的甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置，其特征在于，所述流化床反应器内设置有2-6层流化床。
3.根据权利要求1所述的甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置，其特征在于，所述流化床反应装置还包括催化剂供给装置；所述催化剂供给装置与催化剂进口连接。
4.根据权利要求1所述的甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置，其特征在于，所述气固分离装置的产品气出口管道设置有气体回流支管；所述气体回流支管与最底层的流化床连接。
5.根据权利要求4所述的甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置，其特征在于，所述气固分离装置的固体出口管道与最底层的流化床连接。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置的应用，其特征在于，所述流化床反应装置用于甲烷氧化偶联制乙烯反应。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述应用包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体连续通入流化床反应器，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤(2)所述原料气中甲烷的体积分数为80-100vol％。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤(2)所述含氧气体中氧气的体积分数为10-100vol％。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤(2)所述流化床反应器内的温度为500-950℃。
11.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤(2)所述流化床反应器内的绝对压力为0.1-1.5MPa。
12.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用包括将步骤(2)所得产品气回用于最底层流化床的步骤，回用气体占产品气总体积的10-90vol％。
13.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用包括将步骤(2)所得催化剂回收颗粒回用于最底层流化床的步骤。
14.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用包括如下步骤：
(1)催化剂加入至最上层流化床，当达到溢流管高度时逐渐溢流至下层流化床，直至所有流化床中均有催化剂；
(2)将原料气与含氧气体连续通入流化床反应器，于500-950℃以及0.1-1.5MPa的条件下进行反应，反应气体进行气固分离，得到产品气与催化剂回收颗粒；所述原料气中甲烷的体积分数为80-100vol％；所述含氧气体中氧气的体积分数为10-100vol％；
步骤(2)所得产品气回用于最底层流化床的步骤，回用气体占产品气总体积的10-90vol％；步骤(2)所得催化剂回收颗粒回用于最底层流化床。
CN202110169078.6A 2021-02-07 2021-02-07 一种流化床反应装置及其应用 Active CN112973584B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110169078.6A CN112973584B (zh) 2021-02-07 2021-02-07 一种流化床反应装置及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110169078.6A CN112973584B (zh) 2021-02-07 2021-02-07 一种流化床反应装置及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112973584A CN112973584A (zh) 2021-06-18
CN112973584B true CN112973584B (zh) 2022-07-26

Family

ID=76348977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110169078.6A Active CN112973584B (zh) 2021-02-07 2021-02-07 一种流化床反应装置及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112973584B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115725859B (zh) * 2022-11-21 2024-03-26 河南龙佰智能装备制造有限公司 一种海绵钛流态化反应系统及方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101665395A (zh) * 2009-09-18 2010-03-10 清华大学 一种合成气制甲烷的流化床工艺和装置
CN102465043B (zh) * 2010-11-01 2013-07-31 中国科学院过程工程研究所 一种固体燃料的多段分级热解气化装置及方法
CN102600771B (zh) * 2011-01-21 2014-12-24 中国科学院过程工程研究所 一种用于含h2和co混合气甲烷化流化床反应器及方法
US20160289143A1 (en) * 2015-04-01 2016-10-06 Siluria Technologies, Inc. Advanced oxidative coupling of methane
US10184089B2 (en) * 2015-08-13 2019-01-22 Invista North America S.A.R.L. Process for the aromatization of dilute ethylene
AU2016427079B2 (en) * 2016-10-19 2019-10-31 Dalian Institute Of Chemical Physics, Chinese Academy Of Sciences Fast fluidized-bed reactor, device, and method using oxygen-containing compound for manufacturing propene or C4 hydrocarbon
CN106732306A (zh) * 2016-12-21 2017-05-31 浙江大学 多层流化床蒸汽重整设备以及处理废树脂的方法
CN110227394A (zh) * 2019-04-24 2019-09-13 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种用于甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应器
CN110142009A (zh) * 2019-05-27 2019-08-20 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种用于甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置和工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN112973584A (zh) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101847474B1 (ko) 산소 함유 화합물을 사용하여 저급 올레핀을 제조하는 방법
CN109369319B (zh) 一种以c4-c8烯烃为原料最大化生产丙烯的方法
CN112973579B (zh) 一种气固短接触时间的反应装置及其应用
CN106831306B (zh) 甲烷氧化偶联制乙烯反应工艺
CN109833834B (zh) 一种石油烃催化裂解反应方法和反应器
CN110240932B (zh) 一种石油烃多级流化催化反应方法及反应器
KR20160086907A (ko) 메탄올 및/또는 디메틸 에테르로부터 저급 올레핀을 제조하기 위한 반응 장치
CN101402541A (zh) 一种乙炔加氢制乙烯的流化床工艺及装置
CN110078580B (zh) 一种甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应装置和方法
CN112973584B (zh) 一种流化床反应装置及其应用
CN111056949B (zh) 连续反应、再生、活化制苯胺反应装置及反应方法
CN110240925B (zh) 一种流化催化裂化反应再生方法
CN100567460C (zh) 利用轻质烃类原料催化裂解制备低碳烯烃的方法及装置
CN100519704C (zh) 一种多产丙烯的催化裂化方法
CN106854135B (zh) 苯与甲醇烷基化制对二甲苯的方法
CN109369318B (zh) 一种以c5烯烃为主的原料最大化生产丙烯的方法
CN103341341A (zh) 一种制备丁二烯用流化床反应器
CN203355710U (zh) 丁烯氧化脱氢制丁二烯快速流化床反应器
CN101306969B (zh) 用于含氧化合物制低碳烯烃的反应装置
CN107721791B (zh) 一种甲醇制丙烯的制备系统及制备方法
CN105037070A (zh) 一种甲醇催化脱水制丙烯的反应装置和方法
CN215353341U (zh) 一种石油烃流化催化转化反应器
CN113750911B (zh) 一种多通道提升管反应装置及其应用
CN116020350A (zh) 一种合成碳酸酯的反应器、合成碳酸酯的系统以及方法
CN105001036A (zh) 一种用于甲醇制丙烯的反应器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant