[發(fā)明專利]一種甲烷芳構(gòu)化制備芳烴的方法及其專用反應系統(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201010102634.X | 申請日： | 2010-01-27 |
| 公開（公告）號： | CN101774876A | 公開（公告）日： | 2010-07-14 |
| 發(fā)明（設計）人： | 騫偉中;魏飛;惲松;張金貴 | 申請（專利權(quán)）人： | 清華大學 |
| 主分類號： | C07C2/76 | 分類號： | C07C2/76;C07C15/04;C07C15/00 |
| 代理公司： | 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245 | 代理人： | 關暢 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 甲烷 芳構(gòu)化 制備 芳烴 方法 及其 專用 反應 系統(tǒng) | ||
技術(shù)領域
本發(fā)明涉及一種甲烷芳構(gòu)化制備芳烴的方法及其專用反應系統(tǒng)。
背景技術(shù)
苯及其它芳烴產(chǎn)品是重要的基礎化工原料，目前主要通過石油煉制過程副產(chǎn)。 最近隨著全球原油價格的持續(xù)上揚以及芳烴下游產(chǎn)品需求量的增加，苯和其他芳烴 的價格居高不下。我國石油資源短缺，車用油(汽油，柴油，煤油與潤滑油等)的 需求缺口大，乙烯、丙烯、丁二烯等需求強勁，所以從石油路線制備芳烴的產(chǎn)量越 來越受制約。為了滿足我國各類化學化工產(chǎn)品生產(chǎn)對苯及其他芳烴需求量的急劇增 加，非常有必要尋找適宜的非石油來源的芳烴制備路線。
利用金屬-分子篩復合催化劑，可以在無氧環(huán)境中將甲烷轉(zhuǎn)化為芳烴。以 Mo/HZSM-5催化劑為例，在973K和常壓下，甲烷轉(zhuǎn)化率大約為16％，芳烴的選擇 性大于90％，其中苯的選擇性又達芳烴中的90％，其他芳烴產(chǎn)品為少量的甲苯與萘。 由于苯用途廣，需求量大，該路線成為國際上持續(xù)研究的、具有潛力的化工路線。
然而在過去的二十幾年里，各國科學家的研究工作主要集中在催化劑的制備開 發(fā)、及反應和失活機理等方面。芳構(gòu)的制備規(guī)模處于實驗室微型反應器研究階段， 尚無工程化報道。其中工程化困難的主要技術(shù)瓶頸之一在于，由于熱力學平衡限制， 600-700℃下進行的芳構(gòu)化反應的單程轉(zhuǎn)化率較低(約16％)，生成的氣體中約含 22％氫氣與78％甲烷。由于目前該路線尚未實現(xiàn)工業(yè)化，沒有關于此特定系統(tǒng)中甲 烷與氫氣的分離技術(shù)的報道。從通用的技術(shù)角度講，可用變壓吸附的方法將氫與甲 烷分離，實現(xiàn)甲烷循環(huán)回用。但該分離成本比較高，且耗能。同時，在特定的系統(tǒng) 中，生成的氫氣無用，其儲存是一個非常大的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種甲烷芳構(gòu)化制備芳烴的反應系統(tǒng)。
本發(fā)明所提供的甲烷芳構(gòu)化制備芳烴的反應系統(tǒng)，由甲烷芳構(gòu)化反應系統(tǒng)1、 芳烴與甲烷、氫氣的分離系統(tǒng)2、甲烷化反應系統(tǒng)3以及甲烷與水分離系統(tǒng)4組成， 它們之間依次通過管道相連接；
其中，所述甲烷化反應系統(tǒng)3中的反應器為流化床反應器；所述甲烷化反應系 統(tǒng)3中所采用的催化劑為金屬負載型催化劑，所述金屬選自下述至少一種金屬或下 述至少兩種金屬形成的合金：Ni，F(xiàn)e，Co，Re，Mo，W，Cr，Mn和Rh，所述金 屬負載型催化劑中的載體選自下述至少一種：Al2O3，SiO2和ZrO2，所述金屬負載 型催化劑中金屬的質(zhì)量分數(shù)為10-30％；所述金屬負載型催化劑的強度為莫氏硬度 6-10，粒徑為50-500微米，堆積密度為500-1500kg/m3，比表面積為150-400m2/g。
所述甲烷芳構(gòu)化反應系統(tǒng)1包括甲烷芳構(gòu)化的流化床反應器、芳構(gòu)化催化劑燒 碳再生的反應器以及將兩個反應器間的催化劑進行來回輸送的輸送設備及管道；
所述芳烴與甲烷、氫氣的分離系統(tǒng)2由有機溶劑與承載所述有機溶劑的吸收 塔、解吸塔以及不同溫度的有機溶劑的換熱器與輸送泵組成。
所述甲烷與水分離系統(tǒng)4由換熱器與氣水分離器組成。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種甲烷芳構(gòu)化制備芳烴的方法。
本發(fā)明所提供的甲烷芳構(gòu)化制備芳烴的方法，包括下述步驟：
1)使甲烷在本發(fā)明所提供的反應系統(tǒng)中的甲烷芳構(gòu)化反應系統(tǒng)1中進行芳構(gòu) 化反應，得到芳烴、甲烷與氫氣的混合氣體；
2)將所述混合氣體通入芳烴與甲烷、氫氣的分離系統(tǒng)2中，使所述混合氣體 中的芳烴被分離系統(tǒng)2中的有機溶劑或溶劑油吸收，得到甲烷和氫氣的混合氣體； 然后，將所述芳烴從所述有機溶劑或溶劑油中解吸，得到芳烴；
3)將步驟2)得到的甲烷和氫氣的混合氣體引入甲烷化反應系統(tǒng)3的流化床反 應器中，并同時通入CO2，使氫氣與CO2在所述流化床反應器中的催化劑上進行反 應，得到甲烷與水蒸氣的混合氣體；
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