热耦合催化加工烃类的反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种热耦合催化加工烃类的反应器，包括：反应器主体；第一反应区，设置于所述反应器主体内；第二反应区，与所述第一反应区交叉设置，且与第一反应区形成各自独立的反应空间，所述第一反应区与所述第二反应区的设置方式使得二者能够直接进行换热；第一反应撤热设施，用于第一反应区流股的撤热；第二反应预热区，用于第二反应区流股的预热。本实用新型专利技术借助氧化偶联反应放出的热量以及氧化偶联反应与热裂解反应温度的匹配关系，实现了烃类加工过程中的热量利用，保证了热量利用的高效率，避免了

【技术实现步骤摘要】
热耦合催化加工烃类的反应器
本技术涉及烃类加工领域，尤其涉及一种用于加工含甲烷的气体和其他烃类的反应器。进一步地说，涉及一种能够实现甲烷氧化偶联反应和烃类裂解反应的能量利用和温度控制为一体的热耦合催化加工烃类的反应器。
技术介绍
随着经济的发展，对低碳烯烃的需求日渐攀升，同时由于石油资源的日渐紧缺，作为乙烯生产原料的石脑油、轻柴油等原料资源，面临着越来越严重的短缺局面。同时，天然气、页岩气作为更为清洁的能源日益受到人们的重视，而随着技术的进步，上述能源的开采成本大幅下降，利用其主要成分甲烷作为化工原料的工艺路线也逐渐变得有吸引力。而其中，利用氧化偶联技术将甲烷转化为以碳二为主要产品的技术，尤其受到关注。一般地，甲烷氧化偶联路线需要用到催化剂来促进反应进行，常见的催化温度为700℃至950℃，反应大量放热，需要移走热量来保持催化反应在一个适当的速度下进行。关于此反应，有大量的文献报道，并衍生出相关专利。一个详细的工艺描述可见中国专利申请2010180015713.5。在所公开的工艺设备中，为了利用反应过程中放出的热量，使用了加热盘管将热量转化为蒸汽，并将蒸汽输送蒸汽裂解装置中作为生产乙烯所需的热源。此方法虽然考虑到了利用氧化偶联过程所产生的热量，但是通过加热盘管产生蒸汽作为介质在氧化偶联反应器与蒸汽裂解装置之间直接转移热量本身的效率不高，两次换热过程不可避免地导致相当的在此过程中被损失了，同时设备本身结构较为复杂，设备投资较高。另外，发表于《现代化工》第27卷第3期的文献《甲烷氧化偶联反应制乙烯的研究进展》中，提及在一种名为OXCO工艺中，供热裂解用的原料在“利用甲烷氧化偶联所释放的热量，进行氧化偶联反应的同一流化床反应器中被裂解转化为乙烯。裂解反应是通过将烷烃直接送入流化床非含氧区，再利用催化剂颗粒不断循环，将热量由甲烷氧化偶联区传递到裂解区所形成的等温条件下进行的”。这种做法虽然减少了设备数量，但在实际工业运行中，存在着如下问题：1)利用催化剂循环取热量十分有限，仅能利用较高温度的那一部分热量，裂解所需的总热量节省有限；2)两股物料混合共用反应区，在工业实际中很难解决热裂解区域的烧焦问题；3)此工艺只能适用于单纯热裂解，无法应用于催化热裂解过程。因此，非常需要提供一种有高热利用效率，同时设备投资较低，并在工业上可行的具有工艺灵活性的氧化偶联反应的反应方式，来完成富含甲烷气体的烃类原料的加工。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供了一种热耦合催化加工烃类的反应器，旨在解决甲烷氧化偶联反应的撤热问题，并将需要高温吸热的烃类热裂解反应和放热的甲烷氧化偶联反应耦合起来，实现能量的充分利用和工艺流程的简化。本技术提供了一种热耦合催化加工烃类的反应器，所述反应器包括：反应器主体；第一反应区，设置于所述反应器主体内；第二反应区，与所述第一反应区交叉设置，且与第一反应区形成各自独立的反应空间，所述第一反应区与所述第二反应区的设置方式使得二者能够直接进行换热；第一反应撤热设施，用于第一反应区流股的撤热；第二反应预热区，用于第二反应区流股的预热。优选地，所述第一反应区为固定床反应区或流化床反应区；所述第二反应区为平行排布的多个管式反应区，每一管式反应区穿过所述第一反应区。优选地，所述多个管式反应区沿反应器主体径向分布。优选地，所述多个管式反应区沿反应器主体径向呈正三角分布。优选地，所述第一反应区设置有多孔隔板，每一管式反应区从多孔隔板的孔中穿过。优选地，所述第一反应撤热设施设置于所述反应器主体上部。优选地，所述第二反应预热区设置于所述反应器主体下部。优选地，所述第一反应撤热设施为管壳式反应器。优选地，所述反应器还包括火焰喷嘴，用于第二反应预热区的加热。优选地，所述第一反应区用于进行甲烷氧化偶联反应；所述第二反应区用于进行烃类裂解反应。本技术提供的热耦合催化加工烃类的反应器具有的优点如下：1、借助氧化偶联反应放出的热量以及氧化偶联反应与热裂解反应温度的匹配关系，实现了烃类加工过程中的热量利用。2、反应物料的直接换热保证了热量利用的高效率，避免了的损失。3、两股反应物料不混合、单独区分出供热裂解用的反应区域方便了热裂解过程中的清焦操作，同时使热裂解过程可使用催化剂进行。4、两股反应物料在同一反应器中完成反应，节省了设备投资。5、反应器中设置了加热设施和撤热设施，便于控制两部分反应的温度匹配和温度控制。本技术的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本技术的特定原理。附图说明通过结合附图对本技术示例性实施例进行更详细的描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图1为本技术一种热耦合催化加工烃类的反应器的示意图。附图2为本技术一种热耦合催化加工烃类的反应器的A-A面剖视图。附图标记说明1-反应流股1；2-反应流股2；3-反应产物3；4-反应产物4；5-蒸汽、6-锅炉给水；7-火焰烧嘴。10-固定床反应区；20-管式反应区；30-管式反应预热区；40-固定床反应撤热设施。具体实施方式本技术提供了一种热耦合催化加工烃类的反应器，所述热耦合催化加工烃类的反应器包括：反应器主体；第一反应区，设置于所述反应器主体内；第二反应区，与所述第一反应区交叉设置，且与第一反应区形成各自独立的反应空间，所述第一反应区与所述第二反应区的设置方式使得二者能够直接进行换热；第一反应撤热设施，用于第一反应区流股的撤热；第二反应预热区，用于第二反应区流股的预热。本技术的热耦合催化加工烃类的反应器可适用于任何满足上述反应区设置的反应类型。优选地，所述第一反应区用于进行甲烷氧化偶联反应；所述第二反应区用于进行烃类裂解反应，烃类裂解反应可利用催化剂进行，也可以是单纯的热裂解反应。甲烷氧化偶联反应和烃类裂解反应在一台反应器中，甲烷氧化偶联产生的反应热作为烃类裂解过程的至少一部分热源。利用本技术一种具体实施方式的热耦合催化加工烃类的反应器的工艺步骤包括：使用至少含一部分甲烷的气体与至少含一部分氧气的气体混合形成反应流股1，在催化剂作用下发生反应，使用以烃类为主要组成物的物料作为反应流股2，在高温下发生热裂解反应。反应流股1与反应流股2在一个或多个反应器内同时进行，在每个涉及的反应器中，两股物料分别进行反应，同时通过换热管壁直接换热，将反应流股1反应过程中产生的热量作为反应流股2裂解过程中至少一部分的热源。根据一种优选实施方式，如图1所示，所述第一反应区为固定床反应区10或流化床反应区；所述第二反应区为平行排布的多个管式反应区20，每一管式反应区20穿过所述第一反应区。优选地，所述多个管式反应区20沿反应器主体的径向分布，即管式反应区内的物料流动方向为反应器主体的轴向。进一步优选地，所述多个管式反应区20沿反应器主体的径向呈正三角分布。反应器中至少一部分空间设置用于热裂解的管式反应段，至少一部分空间填充催化剂或用于反应流股1与催化剂混合流动并反应。本技术可通过任何常规方式实现所述第一反应区和第二反应区的设置，根据一种优选实施方式，如图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热耦合催化加工烃类的反应器，其特征在于，所述反应器包括：反应器主体；第一反应区，设置于所述反应器主体内；第二反应区，与所述第一反应区交叉设置，且与第一反应区形成各自独立的反应空间，所述第一反应区与所述第二反应区的设置方式使得二者能够直接进行换热；第一反应撤热设施，用于第一反应区流股的撤热；第二反应预热区，用于第二反应区流股的预热。

【技术特征摘要】
1.一种热耦合催化加工烃类的反应器，其特征在于，所述反应器包括：反应器主体；第一反应区，设置于所述反应器主体内；第二反应区，与所述第一反应区交叉设置，且与第一反应区形成各自独立的反应空间，所述第一反应区与所述第二反应区的设置方式使得二者能够直接进行换热；第一反应撤热设施，用于第一反应区流股的撤热；第二反应预热区，用于第二反应区流股的预热。2.根据权利要求1所述的热耦合催化加工烃类的反应器，其特征在于，所述第一反应区为固定床反应区或流化床反应区；所述第二反应区为平行排布的多个管式反应区，每一管式反应区穿过所述第一反应区。3.根据权利要求2所述的热耦合催化加工烃类的反应器，其特征在于，所述多个管式反应区沿反应器主体径向分布。4.根据权利要求3所述的热耦合催化加工烃类的反应器，其特征在于，所述多个管式反应区沿反应器主体径向呈正三角分布。5.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘罡，王振维，盛在行，高耸，
申请(专利权)人：中国石化工程建设有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11