CN210065595U - 一种用于甲烷氧化偶联的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于石油化工领域，涉及一种用于甲烷氧化偶联的装置。该装置包括烷氧混合器、加热器和恒温反应器；所述恒温反应器内设置有间隔排布的多组反应单元和多组取热单元，以及隔热结构，所述反应单元内装填有催化剂，所述取热单元内设置有取热介质；所述隔热结构设置于反应单元和取热单元之间。本实用新型的装置中每段催化剂床层基本恒定，可使反应在最佳温度下反应。
Description
技术领域
本实用新型属于石油化工领域，更具体地，涉及一种用于甲烷氧化偶联的装置。
背景技术
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。
随着国际原油价格的大幅波动和技术进步，为改变乙烯生产原料过分依赖于石油资源的状况，生产乙烯原料发生了变化，以甲醇为原料生产乙烯的技术得到发展，成为新型煤化工技术中工业应用广泛的技术。
甲烷氧化偶联制乙烯技术(OCM)是生产乙烯的重要技术，它以天然气为原料，只需一步反应过程即可制得乙烯，具有很高的理论价值和经济价值。经过30多年的研究，甲烷一步法制乙烯研究取得突破性进展，甲烷偶联制乙烯工业示范装置投产成功，正迈向工业化的前夕。这对破解乙烯行业原料来源瓶颈，降低生产成本，增强乙烯行业及下游产业的竞争力意义重大。
国内外的研究开发以美国Siluria技术公司最为典型，Siluria通过使用生物模板精确合成纳米线催化剂，开发出工业可行的甲烷直接制乙烯催化剂。该催化剂可在低于传统蒸汽裂解法操作温度200-300℃的情况下在5-10个大气压下，高效催化甲烷转化成乙烯。该技术使得催化剂寿命延长，操作温度大幅下降，但是对甲烷转化率和乙烯收率并没有实质性突破。
目前用于甲烷氧化偶联制乙烯反应工艺的反应器型式有流化床反应器，固定床反应器、膜反应器等，但这些反应器在工业上的应用尚待进一步开发。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种用于甲烷氧化偶联的装置。该装置可使每段催化剂床层基本恒定，从而使反应在最佳温度下进行，床层温度的稳定也有利于催化剂性能的稳定。
为了实现上述目的，本实用新型提供一种用于甲烷氧化偶联的装置，该装置包括烷氧混合器、加热器和恒温反应器；所述恒温反应器内设置有间隔排布的多组反应单元和多组取热单元，以及隔热结构，所述反应单元内装填有催化剂，所述取热单元内设置有取热介质；所述隔热结构设置于反应单元和取热单元之间。
进一步地，所述反应单元和取热单元的布置方式使得进入反应单元的反应气与取热介质并流、逆流或错流。
进一步地，所述反应单元和取热单元的布置方式使得进入反应单元的反应气与取热介质逆流。
进一步地，该装置还包括热量回收装置，用于回收吸收热量后的取热介质。
进一步地，所述加热器设置于烷氧混合器之前或之后。
进一步地，所述加热器和恒温反应器设置于同一壳体内。
进一步地，所述装置还包括裂解单元，所述裂解单元设置于所述反应单元和取热单元的下游。
进一步地，所述裂解单元内设置有气体分布器。
进一步地，所述装置还包括急冷单元，所述急冷单元与恒温反应器出口连接。
进一步地，所述装置还包括急冷单元，所述急冷单元与裂解单元出口连接。
本实用新型的有益效果在于：①床层反应温度恒定，可以控制在最佳反应温度；②由于床层基本没有温升，催化剂性能保持稳定；③反应在稳定条件下进行，可以延长催化剂的寿命。
本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1示出了本实用新型一种用于甲烷氧化偶联的装置的示意图。
附图标记说明
1-富甲烷气；2-氧气；3-混合气；4-反应出料；5-急冷后反应出料；6、锅炉给水；7、蒸汽；8、烃；
11-烷氧混合器；12-加热器；13-取热单元；14-反应单元；15-裂解单元；16-急冷换热器；17-分布器。
具体实施方式
下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。
本实用新型提供一种用于甲烷氧化偶联的装置，该装置包括烷氧混合器、加热器和恒温反应器；所述恒温反应器内设置有间隔排布的多组反应单元和多组取热单元，以及隔热结构，所述反应单元内装填有催化剂，所述取热单元内设置有取热介质；所述隔热结构设置于反应单元和取热单元之间。
本实用新型对所述隔热结构的材质和设置方式没有特别限定，只要能满足上述要求即可。可采用本领域各种隔热结构，例如，所述隔热结构可使用耐火材料作为主要构建材料，耐火材料可选的如刚玉耐火砖等。
本实用新型对所述反应单元和取热单元的布置方式没有特别限定，可以使得进入反应单元的反应气与取热介质并流、逆流或错流，优选为逆流。
优选地，该装置还包括热量回收装置，用于回收吸收热量后的取热介质。
根据本实用新型，优选地，所述取热介质选自熔盐、水、蒸汽、热油和富甲烷原料中的至少一种。当所述反应所需温度为600～700℃时，所述取热介质优选为水和蒸汽；当所述反应所需温度为800～950℃时，所述取热介质优选为熔盐。
所述加热器可设置于烷氧混合器之前或之后。当所述加热器设置于烷氧混合器之后时，所述加热器和恒温反应器优选设置于同一壳体内。
优选地，所述装置还包括裂解单元，所述裂解单元设置于所述反应单元和取热单元的下游。甲烷氧化偶联反应后的产品气进入裂解单元，为送入裂解单元的烃类提供热量使其发生裂解反应，同时产品气进一步降温；所述送入裂解单元的烃类包括乙烷、丙烷、LPG和石脑油中的至少一种。所述裂解单元可以单独设置，也可以设置于恒温反应器内。
进一步地，所述裂解单元内设置有气体分布器，使送入裂解单元的烃类分布均匀。
优选地，所述装置还包括急冷单元，当装置不包括裂解单元时，所述急冷单元与恒温反应器出口连接，当装置包括裂解单元时，所述急冷单元与裂解单元出口连接。反应器出口物料进入急冷单元降温，所述急冷单元所用的急冷介质可选自水、蒸汽、氮气和CO2中的至少一种。急冷单元可采用间壁换热降温或直接接触降温。
通过以下实施例对本实用新型进行更详细的说明。
实施例1
如图1所示的用于甲烷氧化偶联的装置，该装置包括烷氧混合器11、加热器12(电加热器)、恒温反应器、急冷换热器16；所述恒温反应器内设置有间隔排布的多组反应单元14和多组取热单元13，以及隔热结构(未示出)，所述反应单元14内装填有催化剂，所述取热单元13内设置有取热介质，所述反应单元14和取热单元13的布置方式使得进入反应单元14的反应气与取热介质逆流，所述装置还包括裂解单元15，所述裂解单元15设置于所述反应单元14和取热单元13的下游；所述加热器12、恒温反应器和裂解单元15设置于同一壳体内，所述隔热结构设置于反应单元14和取热单元13之间，所述急冷换热器16与裂解单元15出口连接。
采用该装置进行甲烷氧化偶联反应，具体地，预热后的富甲烷气1(天然气，甲烷含量为96mol％)与氧气2在烷氧混合器11中，得到混合气3，所述混合气3利用加热器12升温至810℃，进入装有催化剂的恒温反应器，甲烷与氧气在催化剂作用下进行甲烷氧化偶联反应；取热介质为锅炉给水6，利用高压(压力12MPa)水气化取热。混合气3与取热介质为逆流，反应热通过取热介质吸收从而保持工艺侧反应温度维持在反应所需温度；发生的蒸汽7经过热后送出。隔热结构与反应单元14的接触面的温度高于甲烷氧化偶联反应起始温度，隔热结构与取热单元13的接触面与取热单元13内取热介质的温差为10℃。
甲烷氧化偶联反应后的产品进入裂解单元15，裂解原料烃8(乙烷)进入裂解单元15内并由分布器17使其分布均匀。甲烷氧化偶联反应后的产品气为送入裂解单元的烃类提供热量使其发生裂解反应，同时产品气进一步降温。裂解反应后的物料与氧化偶联反应后的产品气即反应出料4一起送入急冷换热器16降温到350℃左右以抑制副反应，急冷介质为锅炉给水6，得到急冷后反应出料5。
通过上述设置，反应器实现恒温，床层温度恒定，延长了催化剂的使用寿命。
以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种用于甲烷氧化偶联的装置，其特征在于，该装置包括烷氧混合器、加热器和恒温反应器；所述恒温反应器内设置有间隔排布的多组反应单元和多组取热单元，以及隔热结构，所述反应单元内装填有催化剂，所述取热单元内设置有取热介质；所述隔热结构设置于反应单元和取热单元之间。
2.根据权利要求1所述的用于甲烷氧化偶联的装置，其特征在于，所述反应单元和取热单元的布置方式使得进入反应单元的反应气与取热介质并流、逆流或错流。
3.根据权利要求2所述的用于甲烷氧化偶联的装置，其特征在于，所述反应单元和取热单元的布置方式使得进入反应单元的反应气与取热介质逆流。
4.根据权利要求1所述的用于甲烷氧化偶联的装置，其特征在于，该装置还包括热量回收装置，用于回收吸收热量后的取热介质。
5.根据权利要求1所述的用于甲烷氧化偶联的装置，其特征在于，所述加热器设置于烷氧混合器之前或之后。
6.根据权利要求1所述的用于甲烷氧化偶联的装置，其特征在于，所述加热器和恒温反应器设置于同一壳体内。
7.根据权利要求1所述的用于甲烷氧化偶联的装置，其特征在于，所述装置还包括裂解单元，所述裂解单元设置于所述反应单元和取热单元的下游。
8.根据权利要求7所述的用于甲烷氧化偶联的装置，其特征在于，所述裂解单元内设置有气体分布器。
9.根据权利要求1所述的用于甲烷氧化偶联的装置，其特征在于，所述装置还包括急冷单元，所述急冷单元与恒温反应器出口连接。
10.根据权利要求7所述的用于甲烷氧化偶联的装置，其特征在于，所述装置还包括急冷单元，所述急冷单元与裂解单元出口连接。
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| CN201920407029.XU CN210065595U (zh) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | 一种用于甲烷氧化偶联的装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113856563A (zh) * | 2020-06-30 | 2021-12-31 | 中国石油化工股份有限公司 | 反应器及其应用 |
| CN113856564A (zh) * | 2020-06-30 | 2021-12-31 | 中国石油化工股份有限公司 | 设置有螺旋管的反应器及其应用 |
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