CN115155466B - 一种甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油化工技术领域，公开了一种甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统和方法。该系统包括：第一反应单元、设置于所述第一反应单元顶部的第一分离单元、第二分离单元和第二反应单元，第一反应单元包括自下而上同轴设置的预提升区、反应区和出口区，预提升区的底部设置有进气管，反应区的直径与所述出口区的直径之比为2‑3.5：1。采用本发明提供的耦合反应系统能够避免甲烷气相燃烧反应的发生，并且出口区直径小于反应区直径，使得反应后期产物加速后离开第一反应单元，能够避免乙烯的深度氧化，从而有效提高乙烯的选择性和收率。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工技术领域，具体涉及一种甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统和方法。
背景技术
随着石油开采难度的增大，储量丰富的甲烷最有潜力取代石油成为主要能源和化工原料。甲烷转化为高价值的化工产品的路线分为直接转化和间接转化。间接转化需要先生成合成气，再由合成气生产目标产品，流程复杂，能耗高，投资大。直接转化可直接生成目标产物，反应步骤简单，流程短，经济性好。
其中，甲烷氧化偶联反应(OCM)是甲烷直接转化制取乙烯的重要途径，目前已经成为甲烷直接转化的研究焦点。
甲烷氧化偶联(OCM)反应是一个高温(>600℃)，强放热(>293kJ/mol)过程。反应过程中大量放热，如果不能及时移除反应热，将会造成反应器局部过热，影响催化剂的活性，降低乙烯的收率。当床层处于富氧条件下，容易发生气相燃烧反应，产生大量非选择性产物CO和CO2。同时，生成的烷烃和烯烃都可能深度氧化为CO2，极大降低了乙烯的收率。甲烷氧化偶联反应面对的主要挑战为提高乙烯选择性和收率，以及解决反应过程中的放热问题。
然而，合理的反应器是提高乙烯选择性和解决大量反应热的关键。目前用于OCM反应的反应器类型主要有流化床反应器、固定床反应器、膜反应器。流化床反应器具有传热效率高、处理量大的优点，适合工业化开发。
CN106732201A公开了一种甲烷氧化偶联制乙烯反应器，包括至少两段的甲烷氧化偶联薄床层固定床反应段，每段反应段的催化剂床层由1～2个床层组成。各反应段之间采用竖向串联或者横向串联排列，每段反应段间采用急冷换热器连接，每个急冷换热器对应于一个高压蒸汽包。实现了床层反应气的温升保持在100～200℃，中间反应气经急冷换热器换热后温度在700～800℃，总甲烷转化率保持在24％以上，C2选择性达到73％以上。但每段催化剂床层高度仅有20～40mm，处理量太小，不利于工业放大。且各床层间温度控制较复杂，设备和操作成本较高。
PCT/EP2012065161中公开了一种用于甲烷氧化偶联反应的膜反应器。反应器包含至少一个活性膜和催化剂床层，通过膜控制氧气的进料，进而控制反应器温度。但是氧渗透率依赖于跨膜压降，造成反应停留时间过长。并且工业化中膜的再生和污染问题不可避免。
CN110227394A公开了一种用于甲烷氧化偶联制乙烯的流化床反应器，流化床的反应腔外壁由耐火材料构成。甲烷和氧气从床层底部进料，在反应器中与催化剂混合。催化剂在反应器中处于流化状态，气体和颗粒的相对速度大，有利于传质传热。但甲烷和氧气直接在反应器内混合，会导致气相燃烧反应的发生，生成大量CO2，降低了C2选择性。同时反应器操作在密相床流域内，反应器内气相反混强烈，会加剧乙烯的深度氧化，减小乙烯的收率。在反应温度720℃，空速9000h-1，烷氧比为3:1的条件下，乙烯的收率仅有23％。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中甲烷氧化偶联制乙烯存在甲烷易发生气相燃烧反应，且乙烯易深度氧化和收率低的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统，该系统包括：
第一反应单元，所述第一反应单元上设置有氧气入口I、甲烷入口、水蒸气入口、催化剂入口和气体出口I，且所述第一反应单元包括自下而上同轴设置的预提升区、反应区和出口区，所述预提升区的底部设置有进气管和第一气体分布器，所述预提升区用于将甲烷、水蒸气和催化剂进行预混合，所述反应区的直径与所述出口区的直径之比为2-3.5：1；
第一分离单元，所述第一分离单元设置于所述第一反应单元的顶部，所述第一分离单元通过管道与所述气体出口I连通，所述第一分离单元上设置有气体出口II和催化剂出口；
第二分离单元，所述第二分离单元通过管道与所述气体出口II连通，且所述第二分离单元上设置有产品气出口、甲烷出口和水蒸气出口；
第二反应单元，所述第二反应单元通过管道与所述催化剂出口连通，所述第二反应单元上设置有再生催化剂出口和氧气入口II，且所述再生催化剂出口通过管道与所述催化剂入口连通；
其中，所述反应区的直径与所述预提升区的直径比为1.5-3：1，且所述预提升区为快速流化床或气力输送床；或者，
所述反应区的直径与所述预提升区的直径比为0.2-0.6：1，且所述预提升区为鼓泡流化床或湍动流化床。
本发明第二方面提供一种甲烷氧化偶联制乙烯的方法，该方法在第一方面所述的甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统中进行，包括：
(1)将水蒸气、甲烷和催化剂引入至预提升区进行预混合，得到混合物料I；
(2)在氧气存在下，将来自第二分离单元的甲烷与所述混合物料I引入至反应区中进行接触反应，得到混合物料II，并将所述混合物料II通过出口区引入至第一分离单元中进行气固分离，得到气体物料和固体物料；
(3)将所述气体物料引入至所述第二分离单元中进行分离，得到产品气物流、甲烷物流和水蒸气物流；以及
在氧气存在下，将所述固体物料引入至第二反应单元中进行活化再生，得到再生催化剂，并将所述再生催化剂循环回所述预提升区中。
采用本发明提供的耦合反应系统使得甲烷和氧气分开进料，避免甲烷气相燃烧反应的发生，并且出口区直径小于反应区直径，使得反应后期产物加速后离开第一反应单元，能够避免乙烯的深度氧化，从而有效提高乙烯的选择性和收率。
附图说明
图1是本发明的一种优选的具体实施方式的甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统结构示意图；
图2为本发明提供的实施例1中甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统结构示意图；
图3为本发明提供的实施例2中甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统结构示意图；
图4为本发明提供的实施例3中甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统结构示意图；
图5为本发明提供的实施例4中甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统结构示意图。
附图标记说明
100、第一反应单元 101、预提升区
1011、进气管 1012、第一气体分布器
1013、第二气体分布器 1014、第三气体分布器
102、反应区 103、出口区
104、弧形多孔分布板 200、第一分离单元
201、第一旋风分离器 202、预汽提器
203、第五气体分布器 300、第二反应单元
301、第二旋风分离器 302、第三旋风分离器
303、第三压缩机 304、第四气体分布器
400、第二分离单元 401、第一压缩机
402、第二压缩机 500、流量阀
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明中，未作相反说明的情况下，所述压力均为绝压。
以下结合图1、图2、图3、图4和图5所示的结构详细描写本发明的甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统的优选的具体实施方式。
如前所述，本发明的第一方面提供了一种甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统，该系统包括：
第一反应单元100，所述第一反应单元100上设置有氧气入口I、甲烷入口、水蒸气入口、催化剂入口和气体出口I，且所述第一反应单元100包括自下而上同轴设置的预提升区101、反应区102和出口区103，所述预提升区101的底部设置有进气管1011和第一气体分布器1012，所述预提升区101用于将甲烷、水蒸气和催化剂进行预混合，所述反应区102的直径与所述出口区103的直径之比为2-3.5：1；
第一分离单元200，所述第一分离单元200设置于所述第一反应单元100的顶部，所述第一分离单元200通过管道与所述气体出口I连通，所述第一分离单元200上设置有气体出口II和催化剂出口；
第二反应单元300，所述第二反应单元300通过管道与所述催化剂出口连通，所述第二反应单元300上设置有再生催化剂出口和氧气入口II，且所述再生催化剂出口通过管道与所述催化剂入口连通；
第二分离单元400，所述第二分离单元400通过管道与所述气体出口II连通，且所述第二分离单元400上设置有产品气出口、甲烷出口和水蒸气出口；
其中，所述反应区102的直径与所述预提升区101的直径比为1.5-3：1，且所述预提升区101为快速流化床或气力输送床；或者，
所述反应区102的直径与所述预提升区101的直径比为0.2-0.6：1，且所述预提升区101为鼓泡流化床或湍动流化床。
发明人在研究过程中发现，将甲烷和氧气分开进料，甲烷和催化剂先在预提升段预混合后再与氧气接触，避免气相燃烧反应的发生；优化设计预提升段、反应区102和出口区103的直径比例，能够避免乙烯深度氧化，有效提高乙烯的收率。
本发明对所述第二分离单元400的具体结构没有特别的要求，可以采用本领域已知的气体分离设备，示例性地，所述第二分离单元400可以为精馏塔。
优选地，所述氧气入口I处设置有第二气体分布器1013，所述甲烷入口处设置有第三气体分布器1014，所述氧气入口II处设置有第四气体分布器304。
根据本发明一种特别优选的具体实施方式，所述反应区102为快速流化床，所述出口区103为气力输送床。
优选地，所述预提升区101与所述反应区102的连接处还设置有弧形多孔分布板104。
本发明的所述图2、所述图4和所述图5分别示出了耦合反应系统中所述甲烷入口和所述氧气入口I均设置于所述弧形多孔分布板104的上方的优选情况，所述甲烷入口设置于所述弧形多孔分布板104上方，且所述氧气入口I设置于所述弧形多孔分布板104的下方的优选情况，以及所述甲烷入口和所述氧气入口I均设置于所述弧形多孔分布板104的下方的优选情况。
如图2所示，根据本发明一种特别优选的具体实施方式，所述甲烷入口和所述氧气入口I均设置于所述弧形多孔分布板104的上方。发明人发现，采用该优选情况下的具体实施方式，能够有效显著提高乙烯的选择性和收率。
如图4所示，根据本发明还一种特别优选的具体实施方式，所述甲烷入口设置于所述弧形多孔分布板104上方，且所述氧气入口I设置于所述弧形多孔分布板104的下方。
如图5所示，根据本发明另一种特别优选的具体实施方式，所述甲烷入口和所述氧气入口I均设置于所述弧形多孔分布板104的下方。
优选地，所述第一分离单元200包括第一旋风分离器201以及设置于所述第一旋风分离器201料腿内部的预汽提器202，所述预汽提器202通过管道与所述第二反应单元300连通。
优选地，所述再生催化剂出口与所述催化剂入口之间还设置有流量阀500。
优选地，所述甲烷出口处还设置有第一压缩机401，所述水蒸气出口处设置有第二压缩机402，所述第一压缩机401通过管道与所述甲烷入口连通，所述第二压缩机402通过管道与所述第一分离单元200连通。
需要说明的是，经过所甲烷氧化偶联反应的催化剂中携带有大量的气体物料，因此，本发明将经过所述第二压缩机402处理后的水蒸气循环回所述第一分离单元200的预汽提器202中，利用循环水蒸气替换催化剂中携带的气体物料。
根据本发明一种特别优选的具体实施方式，所述预汽提器202上设置有用于均匀引入循环水蒸气的第五气体分布器203。
优选地，所述第二反应单元300的顶部设置有第二旋风分离器301和第三旋风分离器302，所述第二旋风分离器301的料腿、所述第三旋风分离器302的料腿均与所述第二反应单元300连通，且所述第三旋风分离器302的升气管与第三压缩机303连接，所述第三压缩机303的出口与所述第二反应单元300的氧气入口II连通。
根据本发明一种特别优选的具体实施方式，所述第三压缩机303的出口与所述第一反应单元100中的所述氧气入口I连通。
根据本发明另一种特别优选的具体实施方式，所述第三压缩机303的出口与所述第二反应单元300中的所述氧气入口II连通。
需要说明的是，本发明中，经过所述第三压缩机303处理后的氧气可以循环回所述第一反应单元100中参与甲烷氧化偶联反应，也可以循环回第二反应单元300中进行催化剂活化再生。
需要说明的是，当经过所述第三压缩机303处理后的氧气可以循环回所述第一反应单元100中参与甲烷氧化偶联反应时，还需要额外补充新鲜氧气，以保证甲烷氧化偶联反应顺利进行。
如前所述，本发明的第二方面提供了一种甲烷氧化偶联制乙烯的方法，该方法在第一方面所述的甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统中进行，包括：
(1)将水蒸气、甲烷和催化剂引入至预提升区进行预混合，得到混合物料I；
(2)在氧气存在下，将来自第二分离单元的甲烷与所述混合物料I引入至反应区中进行接触反应，得到混合物料II，并将所述混合物料II通过出口区引入至第一分离单元中进行气固分离，得到气体物料和固体物料；
(3)将所述气体物料引入至所述第二分离单元中进行分离，得到产品气物流、甲烷物流和水蒸气物流；以及
在氧气存在下，将所述固体物料引入至第二反应单元中进行活化再生，得到再生催化剂，并将所述再生催化剂循环回所述预提升区中。
本发明对所述催化剂的种类没有特别的要求，可以采用本领域已知的催化剂即可，示例性地，所述催化剂可以为La2O3/CaO、NaWO4/Mn/SiO2、LiMgO中的至少一种。
优选地，在步骤(1)中，所述预混合的条件至少包括：温度为700-1000℃，压力为0.1-0.3MPa，平均停留时间≯0.5s。
优选地，在步骤(2)中，所述接触反应的条件至少包括：温度为700-1000℃，压力为0.1-0.3MPa，烷氧比为2-5：1，体积空速为14400-25200h-1，平均停留时间≯1s。
优选地，在步骤(3)中，所述活化再生的条件至少包括：温度为400-800℃，压力为0.1-0.3MPa。
以下结合图1提供本发明所述甲烷氧化偶联制乙烯的方法的一种优选的具体实施方式的工艺流程：
(1)将水蒸气和甲烷通过进气管1011引入至预提升区101中，并经过第一气体分布器1012均匀分布，催化剂通过催化剂入口引入至预提升区101，将水蒸气、甲烷和催化剂进行预混合，得到混合物料I；
(2)氧气通过氧气入口I引入至第一反应单元100中，将来自第二分离单元400的甲烷通过甲烷入口引入至第一反应单元100，所述混合物料I向上流动与氧气和甲烷在反应区102中进行接触反应，得到混合物料II，并将所述混合物料II通过出口区103引入至第一分离单元200中进行气固分离，得到气体物料和固体物料；
(3)将所述气体物料引入至所述第二分离单元400中进行分离，得到产品气物流、甲烷物流和水蒸气物流；
其中，所述产品气物流通过产品气出口引出；
所述甲烷物流通过甲烷出口引入至第一压缩机401中，并通过第一压缩机401引入至所述第一反应单元100中；
所述水蒸气物流通过水蒸气出口引入至第二压缩机402中，并通过第二压缩机402引入至所述预汽提器202中；以及
在氧气存在下，将所述固体物料引入至第二反应单元300中进行活化再生，得到再生催化剂，并将所述再生催化剂循环回所述预提升区101中。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实例中采用的催化剂均为La2O3/CaO催化剂；
预提升区1：快速流化床，高度为2m，内径为45mm；
预提升区2：鼓泡流化床，高度为1m，内径为150mm；
反应区：快速流化床，高度为4m，内径为90mm；
出口区：气力输送床，高度为2m，内径为45mm；
第二反应单元：氧化反应器，高度为5m，内径为400mm；
以下实例中所述第二分离单元均为精馏塔；
以下实例中，预提升区、反应区和出口区一体成型；
以下实施例中，乙烯选择性(SC2H4)的计算公式为：SC2H4＝[2NC2H4/(NCH4-inlet-NCH4-outlet)]×100％， 式(1)；
在式(1)中，NC2H4表示C2H4的摩尔数，单位为mol；
NCH4-inlet表示入口CH4的摩尔数，单位为mol；
NCH4-outlet表示出口CH4的摩尔数，单位为mol；
乙烯收率的计算公式为：
在式(2)中，SC2H4表示乙烯选择性，％；
NCH4-inlet表示入口CH4的摩尔数，单位为mol；
NCH4-outlet表示出口CH4的摩尔数，单位为mol。
实施例1
本实施例提供一种甲烷氧化偶联制乙烯的方法，采用图2所示的结构(或工艺)进行，其中，预提升区为快速流化床，反应区为快速流化床，出口区为气力输送床，反应区的直径与预提升区的直径之比为2：1，反应区的直径与出口区的直径之比为2：1，甲烷入口和氧气入口I均设置于弧形多孔分布板的上方，第三压缩机的出口与第二反应单元中的氧气入口II连通，具体操作方法包括：
(1)将水蒸气和甲烷通过进气管引入至预提升区中，并经过第一气体分布器均匀分布，催化剂通过催化剂入口引入至预提升区，将水蒸气、甲烷和催化剂进行预混合，得到混合物料I；
其中，预混合的条件为：温度为800℃，压力为0.1MPa，平均停留时间为0.063s；
(2)氧气通过氧气入口I引入至第一反应单元中，并经过第二气体分布器均匀分布，将来自第二分离单元的甲烷通过甲烷入口引入至第一反应单元，并经过第三气体分布器均匀分布，所述混合物料向上流动与氧气和甲烷在反应区中进行接触反应，得到混合物料II，并将所述混合物料II通过出口区引入至第一旋风分离器中进行气固分离，得到气体物料和固体物料；
其中，接触反应的条件为：温度为800℃，压力为0.1MPa，烷氧比为2：1，体积空速为14400h-1，平均停留时间为1s；
(3)将所述气体物料引入至所述第二分离单元中进行分离，得到产品气物流、甲烷物流和水蒸气物流；其中，产品气物流通过产品气出口引出体系；甲烷物流依次经过甲烷出口、第一压缩机和第三气体分布器循环回第一反应单元中；水蒸气物流依次经过水蒸气出口、第二压缩机和第五气体分布器循环回预汽提器中；以及
将所述固体物料引入至第二反应单元中进行活化再生，得到再生催化剂，并将再生催化剂经过催化剂入口循环回预提升区中；其中，活化再生的条件为：温度为800℃，压力为0.1MPa。
实施例2
本实施例提供一种甲烷氧化偶联制乙烯的方法，采用图3所示的结构(或工艺)进行，其中，预提升区为鼓泡流化床，反应区为快速流化床，出口区为气力输送床，反应区的直径与预提升区的直径之比为0.6：1，反应区的直径与出口区的直径之比为2：1，甲烷入口和氧气入口I均设置于弧形多孔分布板的下方，第三压缩机的出口与第二反应单元中的氧气入口II连通。
具体操作方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种甲烷氧化偶联制乙烯的方法，采用图4所示的结构(或工艺)进行，其中，预提升区为快速流化床，反应区为快速流化床，出口区为气力输送床，反应区的直径与预提升区的直径之比为2：1，反应区的直径与出口区的直径之比为2：1，甲烷入口设置于弧形多孔分布板的上方，氧气入口I设置于弧形多孔分布板的下方，第三压缩机的出口与第二反应单元中的氧气入口II连通。
具体操作方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种甲烷氧化偶联制乙烯的方法，采用图5所示的结构(或工艺)进行，其中，预提升区为快速流化床，反应区为快速流化床，出口区为气力输送床，反应区的直径与预提升区的直径之比为2：1，反应区的直径与出口区的直径之比为2：1，甲烷入口和氧气入口I均设置于弧形多孔分布板的下方，第三压缩机的出口与第二反应单元中的氧气入口II连通。
具体操作方法与实施例1相同。
对比例1
按照实施例1的方法进行甲烷氧化偶联制乙烯，所不同的是，反应区的直径与出口区的直径之比为1：1。
具体操作方法与实施例1相同。
表1
| 实施例编号 | 乙烯选择性,％ | 乙烯收率,％ |
| 实施例1 | 41.8 | 19.7 |
| 实施例2 | 34.3 | 16.4 |
| 实施例3 | 30.6 | 13.8 |
| 实施例4 | 30.6 | 13.8 |
| 对比例1 | 19.3 | 11.8 |
通过表1的结果可以看出，采用本发明提供的甲烷氧化偶联制乙烯的方法，不但能够避免甲烷气相燃烧反应的发生，还能够避免乙烯的深度氧化，显著有效提高乙烯的选择性和收率，其中，乙烯的选择性提高22.5％，乙烯的收率提高7.9％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统，其特征在于，该系统包括：
第一反应单元(100)，所述第一反应单元(100)上设置有氧气入口I、甲烷入口、水蒸气入口、催化剂入口和气体出口I，且所述第一反应单元(100)包括自下而上同轴设置的预提升区(101)、反应区(102)和出口区，所述预提升区(101)的底部设置有进气管(1011)和第一气体分布器(1012)，所述预提升区(101)用于将甲烷、水蒸气和催化剂进行预混合，所述反应区(102)的直径与所述出口区的直径之比为2-3.5：1；
第一分离单元(200)，所述第一分离单元(200)设置于所述第一反应单元(100)的顶部，所述第一分离单元(200)通过管道与所述气体出口I连通，所述第一分离单元(200)上设置有气体出口II和催化剂出口；
第二分离单元(400)，所述第二分离单元(400)通过管道与所述气体出口II连通，且所述第二分离单元(400)上设置有产品气出口、甲烷出口和水蒸气出口；
第二反应单元(300)，所述第二反应单元(300)通过管道与所述催化剂出口连通，所述第二反应单元(300)上设置有再生催化剂出口和氧气入口II，且所述再生催化剂出口通过管道与所述催化剂入口连通；
其中，所述反应区(102)的直径与所述预提升区(101)的直径比为1.5-3：1，且所述预提升区(101)为快速流化床或气力输送床；或者，
所述反应区(102)的直径与所述预提升区(101)的直径比为0.2-0.6：1，且所述预提升区(101)为鼓泡流化床或湍动流化床。
2.根据权利要求1所述的耦合反应系统，其中，所述预提升区(101)与所述反应区(102)的连接处还设置有弧形多孔分布板(104)。
3.根据权利要求2所述的耦合反应系统，其中，所述甲烷入口和所述氧气入口I均设置于所述弧形多孔分布板(104)的上方。
4.根据权利要求2所述的耦合反应系统，其中，所述甲烷入口和所述氧气入口I均设置于所述弧形多孔分布板(104)的下方。
5.根据权利要求2所述的耦合反应系统，其中，所述甲烷入口设置于所述弧形多孔分布板(104)上方，且所述氧气入口I设置于所述弧形多孔分布板(104)的下方。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的耦合反应系统，其中，所述第一分离单元(200)包括第一旋风分离器(201)以及设置于所述第一旋风分离器(201)料腿内部的预汽提器(202)，所述预汽提器(202)通过管道与所述第二反应单元(300)连通。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的耦合反应系统，其中，所述再生催化剂出口与所述催化剂入口之间还设置有流量阀(500)。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的耦合反应系统，其中，所述甲烷出口处还设置有第一压缩机(401)，所述水蒸气出口处设置有第二压缩机(402)，所述第一压缩机(401)通过管道与所述甲烷入口连通，所述第二压缩机(402)通过管道与所述第一分离单元(200)连通。
9.根据权利要求1-5中任意一项所述的耦合反应系统，其中，所述第二反应单元(300)的顶部设置有第二旋风分离器(301)和第三旋风分离器(302)，所述第二旋风分离器(301)的料腿、所述第三旋风分离器(302)的料腿均与所述第二反应单元(300)连通，且所述第三旋风分离器(302)的升气管与第三压缩机(303)连接。
10.一种甲烷氧化偶联制乙烯的方法，其特征在于，该方法在权利要求1-9中任意一项所述的甲烷氧化偶联制乙烯的耦合反应系统中进行，包括：
(1)将水蒸气、甲烷和催化剂引入至预提升区进行预混合，得到混合物料I；
(2)在氧气存在下，将来自第二分离单元的甲烷与所述混合物料I引入至反应区中进行接触反应，得到混合物料II，并将所述混合物料II通过出口区引入至第一分离单元中进行气固分离，得到气体物料和固体物料；
(3)将所述气体物料引入至所述第二分离单元中进行分离，得到产品气物流、甲烷物流和水蒸气物流；以及
在氧气存在下，将所述固体物料引入至第二反应单元中进行活化再生，得到再生催化剂，并将所述再生催化剂循环回所述预提升区中。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述预混合的条件至少包括：温度为700-1000℃，压力为0.1-0.3MPa，平均停留时间≯0.5s。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，在步骤(2)中，所述接触反应的条件至少包括：温度为700-1000℃，压力为0.1-0.3MPa，烷氧比为2-5：1，体积空速为14400-25200h-1，平均停留时间≯1s。
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