本发明专利技术涉及一种实现反应再生的由乙炔生产轻质芳烃的方法和装置，该方法包括轻质芳烃生产工艺和催化剂再生工艺，在前者连续进行一段时间后进行后者，后者结束后重复前者，其中前者包括将反应气通入反应套管中，依次经过预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区，反应气在预热区升温至热反应温度，在热反应区发生热反应，热反应后的产物在蓄热区降温至催化反应温度，在催化反应区发生催化反应得到轻质芳烃，并在冷却区进行冷却；后者包括停止通入反应气，向反应套管中通入氮气吹扫，再通入水蒸气与积炭反应，最后通入氢气还原催化剂。该装置实施上述方法。本发明专利技术解决了乙炔反应过程中的积炭问题，当积炭过多时无需装置停工，实现在线再生。
【技术实现步骤摘要】
一种实现反应再生的由乙炔生产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，涉及一种实现反应再生的由乙炔生产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为最重要的化工基础原料之一，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、并能实现在线去除积炭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，提供一种实现反应再生的由乙炔生产轻质芳烃的方法，该方法包括轻质芳烃生产工艺和催化剂再生工艺，在轻质芳烃生产工艺连续进行一段时间后进行催化剂再生工艺，待催化剂再生工艺结束后重复轻质芳烃生产工艺，其中：轻质芳烃的生产工艺包括：将反应气乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳通入反应套管中，依次经过反应套管内的预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区，反应气在预热区升温至热反应温度，在热反应区发生热反应，热反应后的产物在蓄热区降温至催化反应温度，在催化反应区发生催化反应得到轻质芳烃，并在冷却区进行冷却；催化剂再生工艺包括：停止通入反应气，向反应套管中通入氮气进行氮气吹扫，再通入水蒸气与积炭反应，最后通入氢气还原催化剂。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，在轻质芳烃生产工艺中，发生热反应的温度为850℃-1000℃，进行催化反应的温度为350℃-550℃。根据本专利技术的一个实施例，在催化剂再生工艺中，通入水蒸气时，热反应区温度为1000℃以上；通入氢气时，还原的温度为350-550℃。通入水蒸气目的是为了使水蒸气与积炭反应除去积炭，所以通入水蒸气时热反应区温度优选为1000℃-1200℃。根据本专利技术的一个实施例，反应进料空速为2000～6000h-1。根据本专利技术的一个实施例，在催化剂再生工艺中，水蒸气与积炭反应产生的氢气作为轻质芳烃生产工艺的反应气循环利用。根据本专利技术的一个实施例，在轻质芳烃生产工艺中，将轻质芳烃冷却降温至200℃以下。这里冷却后的温度只要保证轻质芳烃被冷却为液相即可，优选冷却至40℃-200℃。根据本专利技术的另一方面，还提供一种采用上述方法生产轻质芳烃的装置，该装置包括：氮气罐、进料管线、气体分布器、第一密封元件、反应套管、加热炉、出料管线和第二密封元件，其中：氮气罐用于向进料管线中通入氮气；进料管线设置有入口和出口并且用于向反应套管中通入反应气、氮气和水蒸气；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；第一密封元件设置在进料管线与反应套管的连接处；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加热，以使反应套管内根据温度场从上至下划分为预热区、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；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，该装置还包括水蒸气罐。根据本专利技术的一个实施例，气体分布器是多孔直管式分布器或挡板式分布器。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反应温度很高而陶瓷具有良好的耐高温性能。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。根据本专利技术的一个实施例，反应套管内催化反应区的陶瓷蜂窝体负载有金属催化剂。根据本专利技术的一个实施例，金属催化剂为钌。根据本专利技术的一个实施例，金属催化剂含量为0.1％-5％。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)。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。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。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，其中负载的金属为钌。在催化反应区发生催化反应生成产物。根据本专利技术的实施例，使用上述装置生产轻质芳烃的装置进行乙炔生产轻质芳烃工艺一段时间后，装置内会产生积炭，从而堵塞装置影响反应进行，为除去装置内的积炭，申请人改进了工艺，先通入氮气吹扫除去装置内的反应气氛，再通入水蒸气高温下与积炭反应在吹扫后将水蒸气通入反应套管，升温至1000℃以上优选为1000℃-1200℃，只要能保证在热反应区水蒸气与高温的积炭接触发生反应，生成氢气和一氧化碳即可，反应结束后富余部分水蒸气；将得到的产物在反应套管的蓄热区降温至350℃-600℃进入催化反应区，并在催化剂的作用下使水蒸气与一氧化碳发生转换反应，生成二氧化碳和氢气，反应套管出口所得的氢气循环作为反应气参与反应；待转换反应结束后，通入氢气，将催化剂进行还原使装置内的催化剂再生。再生工艺之后，再通入反应气进行轻质芳烃的连续生产。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)本专利技术解决了乙炔反应过程中的积炭问题，当积炭过多时，无需装置停工，实现在线再生。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，同时提高了乙炔转化率，增加了轻质芳烃收率，改善产物质量。3)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，同时防止催化区床层堵塞，压降增加。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实现反应再生的由乙炔生产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。如图1所示，本专利技术提供一种实现反应再生的由乙炔生产轻质芳烃的方法，该方法包括轻质芳烃生产工艺和催化剂再生工艺，具体为：轻质芳烃的生产工艺：将反应气乙炔、氢气、甲烷本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种实现反应再生的由乙炔生产轻质芳烃的方法，其特征在于，包括轻质芳烃生产工艺和催化剂再生工艺，在所述轻质芳烃生产工艺连续进行一段时间后进行所述催化剂再生工艺，待所述催化剂再生工艺结束后重复所述轻质芳烃生产工艺，其中：所述轻质芳烃生产工艺包括：将反应气乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳通入反应套管中，依次经过反应套管内的预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区，所述反应气在预热区升温至热反应温度，在热反应区发生热反应，热反应后的产物在蓄热区降温至催化反应温度，在催化反应区发生催化反应得到轻质芳烃，并在冷却区进行冷却；所述催化剂再生工艺包括：停止通入反应气，向所述反应套管中通入氮气进行氮气吹扫，再通入水蒸气与积炭反应，最后通入氢气还原催化剂。
【技术特征摘要】
1.一种实现反应再生的由乙炔生产轻质芳烃的方法，其特征在于，包括轻质芳烃生产工艺和催化剂再生工艺，在所述轻质芳烃生产工艺连续进行一段时间后进行所述催化剂再生工艺，待所述催化剂再生工艺结束后重复所述轻质芳烃生产工艺，其中：所述轻质芳烃生产工艺包括：将反应气乙炔、氢气、甲烷、二氧化碳和一氧化碳通入反应套管中，依次经过反应套管内的预热区、热反应区、蓄热区、催化反应区和冷却区，所述反应气在预热区升温至热反应温度，在热反应区发生热反应，热反应后的产物在蓄热区降温至催化反应温度，在催化反应区发生催化反应得到轻质芳烃，并在冷却区进行冷却；所述催化剂再生工艺包括：停止通入反应气，向所述反应套管中通入氮气进行氮气吹扫，再通入水蒸气与积炭反应，最后通入氢气还原催化剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应气乙炔、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)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述轻质芳烃生产工艺中，发生热反应的温度为850℃-1000℃，进行催化反应的温度为350℃-550℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述催化剂再生工艺中，通入水蒸气时，热反应区温度为1000℃以上；通入氢气时，还原的温度为350-550℃。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应进料空速为2000～60...
【专利技术属性】
技术研发人员：许梅梅，闫琛洋，于家琳，史雪君，吴道洪，
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
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