一种由乙炔制备轻质芳烃的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种由乙炔制备轻质芳烃的装置和方法，该装置包括：进料管线、气体分布器、反应套管、加热炉和出料管线，其中进料管线设置有入口和出口；气体分布器设置在反应套管的内部且位于反应套管的上端并且与进料管线的出口连通；反应套管内填充陶瓷蜂窝体；反应套管贯穿加热炉，加热炉正对反应套管的中部，当加热炉对反应套管加热时，反应套管内根据温度场划分为预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区；出料管线与反应套管的下端连通。该方法通过上述装置实现。通过本发明专利技术的装置和方法，本发明专利技术提高了乙炔转化率，增加了轻质芳烃收率，改善了产物质量。

Device and method for preparing light aromatic hydrocarbon from acetylene

The invention relates to a device and a method for preparing light aromatics by acetylene, the device comprises a feed pipe, a gas distributor, reaction tube, heating furnace and discharging pipeline, which is provided with a feed line entrance and exit; gas distributor is arranged in the casing of the internal reaction and is located in the upper end of the casing and communicated with the reaction the feed pipe outlet; reaction casing pipe is filled with ceramic honeycomb; casing through the reaction furnace, central heating furnace is a reaction sleeve, when the heating furnace for heating tube reaction, reaction tube according to the temperature field is divided into pre heat zone, reaction zone, heat storage area, catalytic reaction zone and cooling zone; lower end the feeding pipeline and reaction tube connected. The method is realized by the device. By adopting the device and the method of the invention, the conversion rate of acetylene is improved, the yield of light aromatic hydrocarbons is increased, and the quality of products is improved.

【技术实现步骤摘要】
一种由乙炔制备轻质芳烃的装置和方法
本专利技术属于化工
，并且更具体地，涉及一种由乙炔制备轻质芳烃的装置和方法。
技术介绍
苯、甲苯和二甲苯等轻质芳烃都是非常重要的化工基础原料，广泛应用于生产橡胶、纤维、塑料和染料等化工产品。目前，芳烃主要来源于石油化工中的催化重整和烃类热解，但是目前石油资源越来越匮乏，因此，开发其他路径生产轻质芳烃势在必行。我国能源格局富煤、少油、贫气，2015年煤炭占一次能源消费比重的63.8％。从国家能源安全角度出发，应发展以煤炭为原料的能源化工行业。北京神雾集团开发的新电石技术，可以将中低阶煤炭通过分质梯级利用，生产化工原料乙炔。若能利用由煤炭生产的乙炔制备轻质芳烃，则能解决石油资源匮乏和芳烃需求增加的矛盾，具有重要的现实意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的主要是解决石油资源匮乏和芳烃需求增长的问题，提供一种耦合热反应和催化反应的由乙炔生产轻质芳烃的装置和方法。根据本专利技术的一方面，提供一种由乙炔制备轻质芳烃的装置，该装置包括：进料管线、气体分布器、反应套管、加热炉和出料管线，其中：进料管线设置有入口和出口；气体分布器设置在反应套管的内部且位于反应套管的上端并且与进料管线的出口连通；反应套管内填充陶瓷蜂窝体；反应套管贯穿加热炉，加热炉正对反应套管的中部，当加热炉对反应套管加热时，反应套管内根据温度场划分为预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区；出料管线与反应套管的下端连通。在本专利技术中，加热炉正对反应套管的中部指的是加热炉对应反应套管的中部，与反应套管上端之间的距离和下端之间的距离相同。这样的设置有利于保持反应温度的恒定，且加热炉在热反应区中心位置设置控温点。在本专利技术中，反应套管内充满了陶瓷蜂窝体，反应套管内填充陶瓷蜂窝体有利于保持反应套管内的温度，因为陶瓷蜂窝体的热容较大，蓄热效果好。根据本专利技术的一个实施例，该装置还包括第一密封元件和第二密封元件，第一密封元件设置在进料管线与反应套管的连接处，第二密封元件设置在出料管线与反应套管的连接处。根据本专利技术的一个实施例，反应套管为内衬陶瓷的不锈钢反应管。这里不锈钢反应管内衬采用陶瓷是因为乙炔在高温下接触不锈钢将发生大量副反应，内衬陶瓷可避免乙炔和不锈钢的接触，避免副反应。根据本专利技术的一个实施例，反应套管的内径、反应套管的长度和加热炉的长度的比例为(2-10)：70：40。反应套管内径、反应套管长度和加热炉长度的比例决定了加热时反应套管内的温度场的分布。在本专利技术中，反应套管的内径、反应套管的长度和加热炉的长度的比例确定了，并且反应温度确定了之后，加热炉对反应套管加热时反应套管中的温度场就确定了。加热炉正对的反应套管的中部温度最高，中部以上或以下温度都较低。根据本专利技术的一个实施例，预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区的长度比例为(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。根据本专利技术的另一方面，还提供一种采用上述装置制备轻质芳烃的方法，包括：1)将反应气乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳进行混合；2)将步骤1)中混合的气体通入进料管线至气体分布器；3)将步骤2)中通过气体分布器的混合气体在反应套管的预热区升温并送至热反应区；4)将步骤3)中升温后的混合气体在反应套管的热反应区恒温发生热反应；根据本专利技术的实施例，本步骤中的反应温度为850℃-1000℃，优选为880℃-920℃；5)将步骤4)中发生热反应后的产物通过反应套管的蓄热区并降温至催化反应温度；6)将步骤5)中降温后的产物通过反应套管的催化反应区发生催化反应，制备得到轻质芳烃；根据本专利技术的实施例，催化反应区的反应温度为350℃-550℃。7)将步骤6)中得到的轻质芳烃经过反应套管的冷却区进行冷却降温，然后通过出料管线进入下游装置中。根据本专利技术的一个实施例，反应气乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的进料体积比为：(1-2)：(1-4)：(1-2)：(1-3)：(0.5-1)。根据本专利技术的一个实施例，催化反应区布置有金属催化剂，金属催化剂负载在陶瓷蜂窝体上。根据本专利技术的一个实施例，金属催化剂为镍、钼、钯、钌或铑中的一种或几种。根据本专利技术的一个实施例，金属催化剂的质量百分比为0.1％-5％。根据本专利技术的一个实施例，反应进料空速为2000～6000h-1。在本专利技术中，催化反应区由陶瓷蜂窝体负载金属后的整体式催化剂装填而成，其中负载的金属为镍、钼、钯、钌或铑中的一种或几种。在催化反应区发生催化反应生成产物。通过采用上述技术方案，本专利技术相比于现有技术具有如下优点：1)本专利技术采用陶瓷蜂窝体装填，保证反应器内热场的均匀性，同时防止催化反应区床层堵塞、压降增加。2)本专利技术通过耦合热反应和催化反应，利用了热反应的余热，提高了热利用效率。3)本专利技术通过耦合热反应和催化反应，提高了乙炔转化率，增加了轻质芳烃收率，改善了产物质量。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点在与附图结合对实施例进行的描述中将更加明显并容易理解，其中：图1示出了根据本专利技术的实施例的由乙炔制备轻质芳烃的装置的结构示意图。附图标记说明1进料管线、2第一密封元件、3气体分布器、4反应套管、41预热区、42热反应区、43蓄热区、44催化反应区、45冷却区、5加热炉、6出料管线、7第二密封元件、8气体混合罐。具体实施方式应当理解，在示例性实施例中所示的本专利技术的实施例仅是说明性的。虽然在本专利技术中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本专利技术主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本专利技术的范围内。在不脱离本专利技术的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。参照图1，本专利技术提供一种由乙炔制备轻质芳烃的装置，该装置包括：进料管线1、气体分布器3、反应套管4、加热炉5和出料管线6，其中进料管线1设置有入口和出口；气体分布器3设置在反应套管4的内部且位于反应套管4的上端并且与进料管线1的出口连通；反应套管4内填充陶瓷蜂窝体；反应套管4贯穿加热炉5，加热炉5正对反应套管4的中部，当加热炉5对反应套管4加热时，反应套管4内根据温度场自上而下划分为预热区41、热反应区42、蓄热区43、催化反应区44和冷却区45；出料管线1与反应套管4的下端连通。在本专利技术的装置中，加热炉5正对反应套管4的中部指的是加热炉5对应反应套管4的中部，与反应套管4上端之间的距离和下端之间的距离相同。这样的设置有利于保持反应温度的恒定，且加热炉5在热反应区42的中心位置设置控温点。在本专利技术的装置中，反应套管4内充满了陶瓷蜂窝体，反应套管4内填充陶瓷蜂窝体有利于保持反应套管4内的温度，因为陶瓷蜂窝体的热容较大，蓄热效果好。优选地，本专利技术的装置还包括第一密封元件2和第二密封元件7，第一密封元件2设置在进料管线1与反应套管4的连接处，第二密封元件7设置在出料管线6与反应套管4的连接处。优选地，本专利技术的装置还包括气体混合罐8，该气体混合罐8与进料管线1的入口连通，该气体混合罐8用于储存反应气乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的混合气体。在本专利技术的装置中，反应套管4内填充陶瓷蜂窝体。由于反应气在高温条件下接触不锈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由乙炔制备轻质芳烃的装置，其特征在于，包括：进料管线、气体分布器、反应套管、加热炉和出料管线，其中：所述进料管线设置有入口和出口；所述气体分布器设置在所述反应套管的内部且位于所述反应套管的上端并且与所述进料管线的出口连通；所述反应套管内填充陶瓷蜂窝体；所述反应套管贯穿所述加热炉，所述加热炉正对所述反应套管的中部，当所述加热炉对所述反应套管加热时，所述反应套管内根据温度场划分为预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区；所述出料管线与所述反应套管的下端连通。

【技术特征摘要】
1.一种由乙炔制备轻质芳烃的装置，其特征在于，包括：进料管线、气体分布器、反应套管、加热炉和出料管线，其中：所述进料管线设置有入口和出口；所述气体分布器设置在所述反应套管的内部且位于所述反应套管的上端并且与所述进料管线的出口连通；所述反应套管内填充陶瓷蜂窝体；所述反应套管贯穿所述加热炉，所述加热炉正对所述反应套管的中部，当所述加热炉对所述反应套管加热时，所述反应套管内根据温度场划分为预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区；所述出料管线与所述反应套管的下端连通。2.根据权利要求1所述的由乙炔制备轻质芳烃的装置，其特征在于，所述装置还包括第一密封元件和第二密封元件，所述第一密封元件设置在所述进料管线与所述反应套管的连接处，所述第二密封元件设置在所述出料管线与所述反应套管的连接处。3.根据权利要求1所述的由乙炔制备轻质芳烃的装置，其特征在于，所述反应套管为内衬陶瓷的不锈钢反应管。4.根据权利要求1所述的由乙炔制备轻质芳烃的装置，其特征在于，所述反应套管的内径、所述反应套管的长度和所述加热炉的长度的比例为(2-10)：70：40。5.根据权利要求1所述的由乙炔制备轻质芳烃的装置，其特征在于，所述加热炉在所述热反应区的中心位置设置控温点。6.根据权利要求1所述的由乙炔制备轻质芳烃的装置，其特征在于，所述预热区、所述热反应区、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴道洪，许梅梅，闫琛洋，于家琳，史雪君，
申请(专利权)人：北京华福工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11