一种以煤层气为原料生产苯的工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种用于生产苯的工艺，以煤层气为原料，经过PSA提纯得到甲烷气，经过循环流化床芳构化处理得到苯。本发明专利技术与现有以天然气为原料生产苯的技术相比，经济效应十分显著：该工艺以煤层气为原料，扩大了原料来源并极大地降低了成本；该工艺经过提纯处理，增加了甲烷气的纯度可直接芳构化；该工艺中循环流化床的应用，使芳构化过程工艺简单，制备方便，容易操作，环保无污染；本发明专利技术制得的高纯度苯可以满足做化工原料的要求，同时打破了煤层气仅用于燃料的现行利用体系，为煤层气作为化工原料的利用开创了新的途径。

【技术实现步骤摘要】
一种以煤层气为原料生产苯的工艺
本专利技术属于一种生产苯的工艺，具体地说涉及一种以煤层气为原料，通过PSA提纯得到甲烷气，经过循环流化床芳构化处理得到苯的工艺。
技术介绍
煤层气是一种以甲烷为主，含有少量氮气、二氧化碳和氧气等的多种气体混合物，是主要存在于煤矿的伴生气体，属于非常规天然气。在采煤之前如果先开采煤层气，既可以避免煤矿瓦斯爆炸，又可以获取洁净的能源和优质的化工原料。我国煤层气资源丰富，可采资源量约10万亿立方米，目前，由于没有找到合理的利用手段，未能充分利用，大部分煤层气最终还是排入大气中，浪费了资源，污染了环境。随着世界对清洁能源的需求量日益增加，煤层气开采和利用受到了世界各国的广泛关注。目前为止已经有很多关于煤层气综合利用的方法。1，专利CN200510022208.4公开了一种用煤层气制备氢气的方法，该方法将煤层气中加入适当的水蒸气，在催化剂作用下，利用煤层气中的可燃气体和氧的反应热，使甲烷和水蒸气发生转化反应，生成富含氢的混合气，再通过变压吸附得到高纯度氢气产品。2，专利CN200510073346.5公开了一种利用水合物进行煤层气富集和储运的方法，该方法是利用甲烷与其它组分在气相和水合物相分配系数的差别，通过控制水合物的生成条件使甲烷在水合 物相富集，得到纯度为90%以上的甲烷气体。3，专利CN200810231646.5公开了一种以煤层气为原料制取清洁燃料油的方法，该方法中，煤层气中的甲烷经过非催化部分氧化工艺转化为氢气和一氧化碳，净化后，再经费托合成工序得到合成燃料油。但这些方法仅仅是将煤层气从一种燃料转变成另一种燃料，经济上并没有太大优势。目前，还没有关于将煤层气转化成化工原料的专利及论文发表。苯是一种应用极为广泛的化工原料，其市场需求逐年增加，产品附加值极高。苯的现有生产方法有以下两种:1，原油炼制产品之一是苯，占世界现有苯产品的90%以上；2，从焦炉煤气冷凝过程中可以得到粗苯，经粗苯加氢处理得到苯。本专利技术提供了一种以煤层气为原料生产苯的工艺，为苯的生产提供了一个新的方法。同时，本专利技术改变了煤层气仅用于燃料的现行利用体系，为煤层气作为化工原料的利用开创了新的途径，大大增加了煤层气的附加价值。
技术实现思路
:本专利技术的目的是提供一种以煤层气为原料，通过PSA提纯得到甲烷气，经过循环流化床芳构化处理得到苯的工艺。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现:一种以煤层气为原料，通过PSA提纯得到甲烷气，经过循环流化床芳构化处理得到苯的工艺。首先，通过变压吸附(PSA)法将作为原料的煤层气中的甲烷进行提纯，得到甲烷气；其次，将得到的甲烷气经过循环流化床芳构化处理后得到苯。在本专利技术中，用于生产苯的工艺包括提纯系统和循环流化床芳构化系统，如图1所示。在提纯系统中，所述的提纯系统为变压吸附(PSA)装置，采用四塔循环方式，流程为高压吸附、逆向减压吹洗。每一吸附塔经过高压吸附、均压降压、逆放、均压升压等过程将甲烷气吸附下来。吸附剂采用碳分子筛和活性炭纤维。操作压力范围为0.1-1.0Mpa0得到的甲烷气中的甲烷含量在95%以上。在循环流化床芳构化处理系统中，采用双塔循环流化床反应装置进行芳构化处理，如图2所示。该反应装置主要由反应塔、催化剂再生塔、旋风分离器和苯分离装置构成。反应塔底部有进气管，下部直接连接来自再生塔的溢流管，顶部有催化剂提升管，催化剂提升管顶部直接连接旋风分离器的进口。催化剂再生塔底部有进气管，下部有溢流管直接连接到反应塔下部的催化剂床层，顶部有再生塔生成气出口。旋风分离器的固体离子回收部直接连接再生塔顶部， 而气体出口直接连接到苯分离装置。苯分离装置由苯分离塔和变压吸附(PSA)装置构成。将上述甲烷气通入双塔循环流化床反应装置中的反应塔中，在钥分子筛催化剂作用下，进行芳构化处理。经芳构化处理后的反应生成气体及部分催化剂颗粒经提升管带入旋风分离器中，固体催化剂颗粒经旋风分离器分离后进入催化剂再生塔，气体经旋风分离器顶部出口进入苯分离装置中。该气体经苯分离塔分离后，得到产品苯及副产品萘等；再经PSA装置分离后得到产品氢气和甲烷气。得到的甲烷气打循环进入反应塔，循环比为4。经过旋风分离器分离后进入再生塔中的固体催化剂颗粒，在催化剂再生塔中经过再生后通过溢流管进入反应塔下部的催化剂床层中循环使用。反应塔进口温度为500-700°C，出口温度为700-850°C，操作压力为0.1-0.6MPa ;旋风分离器中温度为650_850°C ;催化剂再生塔的催化剂再生用气体进口温度为500-800°C，出口温度约为800-900°C，经过旋风分离器分离后进入再生塔中的固体催化剂颗粒温度为600-800°C，通过溢流管进入反应塔下部的催化剂床层中的再生后催化剂颗粒温度为700-850°C。苯收率为15%，氢气收率为70% ;苯的纯度为99.5%，氢气的纯度为99.5%。催化剂再生塔进口的再生用气为氢气，再生塔出口的气体为氢气和甲烷的混和气，该混合气经PSA提纯装置分离后分别打回系统循环使用。本专利技术与现有技术相比较，具有以下优点:I)通过本专利技术可以直接以煤层气为原料生产苯，本专利技术制得的高纯度苯可以满足做化工原料的要求，为苯的生产提供了一个新的方法；同时打破了煤层气仅用于燃料的现行利用体系，为煤层气作为化工原料的利用开创了新的途径。2)本专利技术与传统工艺相比，将甲烷在无氧条件下直接芳构化成苯，并副产萘等含碳广品，碳的总收率可达95%以上。3)副产制得的氢气进一步提高了本工艺的效益。4)本工艺的芳构化反应在无氧条件下操作,无废气CO2排放,对改善环境有贡献。5)工艺简单，制备方便，容易操作，环保无污染。本专利技术的工艺流程图如下:图1为本专利技术的以煤层气为原料生产苯的工艺流程图；图2为本专利技术的以煤层气为原料生产苯的双塔循环流化床芳构化处理系统工艺流程图，主要设备有反应塔、催化剂再生塔、旋风分离器和苯分离装置。实施例1如图1所示，将原料煤层气以50m3N/h的进气量通入提纯系统中，经四塔循环方式将甲烷气吸附下来。操作压力范围为0.1-0.8Mpa。其中，甲烷气产量为40m3N/h，甲烷含量在95%以上，送入甲烷气储罐。从甲烷气储罐来的甲烷气以30m3N/h的进气量通入循环流化床芳构化处理系统中的反应塔底部进气管，在钥分子筛催化剂作用下，进行芳构化处理。经芳构化处理后的反应生成气体及部分催化剂颗粒经提升管带入旋风分离器中，固体催化剂颗粒经旋风分离器分离后进入催化剂再生塔，气体经旋风分离器顶部出口进入苯分离装置。该气体经苯分离塔分离后，得到产品苯及副产品萘等。从苯分离塔出来的气体再经PSA装置分离后得到产品氢气和未反应甲烷气。单程甲烷转化率为25%，苯的产量为3.0千克/h，纯度为99.5% ;氢气的产量为9.5m3N/h，纯度为99.5%。未反应甲烷气打循环进入反应塔，循环比为4。反应塔进口温度为600°C，反应塔催化剂床温度为800°C，出口温度为800°C，操作压力为0.2MPa ;旋风分离器中温度为780°C ;催化剂再生塔的催化剂再生用气体进口温度为600°C，再生塔催化剂床温度为820°C，再生塔出口温度为820°C。经过旋风分离器分离后进入再生塔中的固体催化剂颗粒温度为750本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以煤层气为原料生产苯的工艺，其特征在于包括如下步骤：(1)以煤层气为原料，通过提纯系统处理，获得高纯度甲烷气；(2)将上述甲烷气送入双塔循环流化床芳构化处理系统，经过芳构化装置处理得到苯。

【技术特征摘要】
1.一种以煤层气为原料生产苯的工艺，其特征在于包括如下步骤: (1)以煤层气为原料，通过提纯系统处理，获得高纯度甲烷气； (2)将上述甲烷气送入双塔循环流化床芳构化处理系统，经过芳构化装置处理得到苯。2.根据权利要求1所述的一种以煤层气为原料生产苯的工艺，其特征在于所述的提纯系统中，采用四塔循环变压吸附(PSA)装置进行吸附处理；其操作步骤为:流程为高压吸附、逆向减压吹洗，每一吸附塔经过高压吸附、均压降压、逆放、均压升压等过程将甲烷气吸附下来；其操作条件为:操作压力范围为0.1-1.0Mpa ;吸附剂采用碳分子筛和活性炭纤维，提纯后甲烷气中的甲烷含量在95%以上。3.根据权利要求1所述的一种以煤层气为原料生产苯的工艺，其特征在于所述的循环流化床芳构化处理系统中，采用双塔循环流化床反应装置进行芳构化处理；该反应装置主要由反应塔、催化剂再生塔、旋风分离器和苯分离装置构成:(I)反应塔底部有进气管，下部直接连接来自再生塔的溢流管，顶部有催化剂提升管，催化剂提升管顶部直接连接旋风分离器的进口 ；(2)催化剂再生塔底部有进气管，下部有溢流管直接连接到反应塔下部的催化剂床层，顶部有再生塔生成气出口 ；(3)旋风分离器的固体离子回收部直接连接再生塔顶部，而气体出口直接连接到苯分离装置；(4)苯分离装置由苯分离塔和变压吸附(PSA)装置构成。4.根据权利要求1所述的一种以煤层气为原料生产苯的工艺，其特征在于所述的双塔循环流化床反应装置进行芳构化处理时，包括如下步骤:(I)甲烷气通入双塔循环流化床反应装置中的反应塔中，在钥分子筛催化剂作用下，进行芳构化处理；(2)经芳构化处理后的反应生...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈建立，
申请(专利权)人：沈建立，
类型：发明
国别省市：北京;11