[發明專利]一種用于甲烷氧化偶聯制乙烯的多級噴射環流反應器

有效

• 申請號: 202110068239.2
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112619566B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 李德寶;高用祥;劉俊義;林明桂;馬軍祥;張力;賈麗濤;崔艷斌;余海兵;夏銘;牛鵬宇;荊明杰
• 申請（專利權）人: 山西潞安化工有限公司;中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: B01J8/22
• 分類號: B01J8/22;C07C2/84;C07C11/04
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

本發明涉及甲烷轉化技術領域，一種用于甲烷氧化偶聯制乙烯的多級噴射環流反應器，包括噴嘴、錐形底、多級導流筒、氣體分布器、殼體、旋風分離器、換熱器和返料裝置，所述的噴嘴位于錐形底底部，錐形底處于殼體底端，多級導流筒位于殼體中下部數，多級導流筒為量大于等于2個的等徑豎直放置的圓柱體，氣體分布器處于殼體中下部且數量為1個或多個。本發明利用噴嘴、錐形底、多級導流筒和氣體分布器形成物料的強制內環流，能促進物料的規則運動，減小返混，強化傳質、傳熱，有助于反應器內溫度均勻分布，提高催化劑利用率和產品收率。

技術領域

本發明涉及甲烷轉化技術領域，特別是涉及一種用于甲烷氧化偶聯制乙烯的多級噴射環流反應器。

背景技術

乙烯是一種重要的基礎有機化工產品及原料，其生產水平是衡量一個國家化工實力的重要指標。目前乙烯生產以石腦油裂解為主，存在成本、能耗較高及溫室氣體排放等問題。隨著國際經濟的發展，乙烯生產原料趨向于輕質化和多元化。甲烷氧化偶聯（OCM）一步法直接制乙烯技術具有路線簡單、經濟性良好等優勢，是一種發展前景廣闊的乙烯生產技術，對我國能源結構優化有重大意義。

OCM反應是高溫（750~950℃）下的強放熱反應，乙烯收率對溫度敏感度高。如何移除反應過程中的劇烈放熱量是該技術工程化的關鍵。目前OCM反應器主要有固定床、流化床和膜反應器等。

傳統固定床反應器技術成熟，在實施過程中常輔以多段冷激、控制原料量和添加稀釋氣等措施來控制床層溫度，但針對OCM快速強放熱的反應特點，實際生產過程中仍存在溫度控制困難問題。公開號為CN 106732201 B公開了一種OCM薄層固定床反應器，包含至少兩段的反應段床層，每段床層由1~2層催化劑組成,高度為20~40 mm，每段反應段間通過急冷換熱器連接。這種反應器雖然克服了軸向溫度梯度問題，但徑向仍存在溫度分布不均等問題，且各床層間溫度控制較復雜，設備和操作成本較高。

流化床利用氣固間的劇烈運動能有效強化傳質、傳熱過程，消除反應器內熱點。公開號為CN 108530248 A公開申請了一種OCM流化床裝置，包含流化區和沉降區，流化區內包含換熱器和氣體分布器，沉降區內設置多個旋風分離器。該反應器雖然能有效消除熱點，但反應器內氣體返混嚴重，加劇二次反應過程，影響乙烯選擇性。

Jaso（2011年，2011.03.23）提出了一種輔助流化床的膜反應器，通過膜控制氧氣進料量，進而控制反應器溫度和反應程度。雖然該膜反應器能實現溫度的均勻分布和高乙烯收率，但工業化中膜的再生和污染問題不可避免。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種用于甲烷氧化偶聯制乙烯的多級噴射環流反應器，以解決反應器內溫度分布不均、返混嚴重、乙烯收率低的問題。

本發明所采用的技術方案是：一種用于甲烷氧化偶聯制乙烯的多級噴射環流反應器，包括噴嘴（1）、錐形底（2）、多級導流筒、氣體分布器（5）、殼體（3）、旋風分離器（9）、換熱器（11）和返料裝置，所述的噴嘴（1）位于錐形底（2）底部，錐形底（2）處于殼體（3）底端，多級導流筒位于殼體（3）中下部數，多級導流筒為量大于等于2個的等徑豎直放置的圓柱體，氣體分布器（5）處于殼體（3）中下部且數量為1個或多個，殼體（3）的殼體頂端氣體出口（7）連接旋風分離器（9）上部，旋風分離器（9）頂端設置有產品氣出口（8），旋風分離器（9）的底部連通料腿（10），料腿（10）中間設置換熱器（11），料腿（10）和返料裝置聯通，返料裝置包含返料閥（12）、二次風進口（13）、卸料閥（14）和返料管（15）。

噴嘴（1）為一個或者多個，噴射氣速為10~80 m/s，噴嘴（1）為一個時，所述噴嘴（1）與殼體（3）同軸，噴嘴（1）為多個時，噴嘴（1）處于中心位殼體（3）軸線上的一個圓上，各噴嘴（1）形成的最大外切圓直徑小于多級導流筒的直徑。

所述多級導流筒包含的多個圓柱體的中心線重合，位置處于下方的圓柱體的高度大于等于上方圓柱體的高度。