反应器和甲烷氧化偶联制碳二烃的方法技术

本发明专利技术涉及催化反应技术领域，公开了一种反应器和甲烷氧化偶联制碳二烃的方法。所述反应器包括壳体、换热介质流动通道和至少两个反应管；所述换热介质流动通道包括由导热隔板相隔的换热介质上游通道和换热介质下游通道，壳体与导热隔板形成换热介质下游通道，所述反应管设置在换热介质下游通道内；所述换热介质流动通道设置有位于换热介质上游通道的换热介质进口和位于换热介质下游通道的换热介质出口，使得换热介质在导热隔板两侧以相反的方向流动。本发明专利技术提供的反应器能够有效控制反应器催化剂床层温度，避免催化剂活性下降和甲烷深度氧化现象的发生。度氧化现象的发生。度氧化现象的发生。

【技术实现步骤摘要】
反应器和甲烷氧化偶联制碳二烃的方法


[0001]本专利技术涉及催化反应
，具体涉及一种反应器和甲烷氧化偶联制碳二烃的方法。

技术介绍

[0002]甲烷氧化偶联制乙烯、乙烷由于其学术意义和潜在的巨大经济价值，是目前催化领域最具挑战性也是最受关注的研究课题之一。自从1982年Keller和Bhasin的论文报道以来，就一直是催化、化学工业、石油天然气领域关注的焦点。甲烷氧化偶联反应为放热反应，生成的产物主要为乙烯，乙烷和水，该技术具有原子经济性好，环境友好的特点，近四十年来成为科学研究和各大企业竞相研究的目标，研究者在催化剂和反应工艺的开发上已经进行了很多探索。由于甲烷氧化偶联反应为高温放热反应，对反应器的撤热能力提出了更高要求，通常会采用集成反应器，或是采用多段装填催化剂的形式来缓解反应放热情况。但是现有的甲烷氧化偶联反应器的撤热能力有限，导致反应深度氧化生成二氧化碳或一氧化碳。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有技术的存在甲烷氧化偶联反应器的撤热能力低的问题，提供一种反应器和甲烷氧化偶联制碳二烃的方法，该反应器能够更加有效地控制催化剂床层的温度。
[0004]现有技术通常采用多段装填催化剂的形式来缓解反应放热情况，但是撤热能力有限，专利技术人尝试使用常温气体对反应管降温以缓解反应放热情况，但是反应管与常温气体接触后会导致反应管内温度骤降，从而降低甲烷的转化率，甚至导致甲烷氧化偶联不能进行，为了解决该问题，本专利技术的专利技术人在反应器内增加了导热隔板，使换热介质在导热隔板两侧以相反的方向流动，避免常温气体直接与反应管接触后导致反应管内温度骤降的问题。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种反应器，所述反应器包括壳体、换热介质流动通道和至少两个反应管；
[0005]所述换热介质流动通道包括由导热隔板相隔的换热介质上游通道和换热介质下游通道，壳体与导热隔板形成换热介质下游通道，所述反应管设置在换热介质下游通道内；
[0006]所述换热介质流动通道设置有位于换热介质上游通道的换热介质进口和位于换热介质下游通道的换热介质出口，使得换热介质在导热隔板两侧以相反的方向流动。
[0007]本专利技术第二方面提供了一种甲烷氧化偶联制碳二烃的方法，所述方法包括在甲烷氧化偶联制碳二烃反应条件下，将甲烷和氧气通入第一方面所述的反应器中与反应管内填充的催化剂接触，在接触过程中，向换热介质流动通道中通入换热介质以控制接触的温度。
[0008]本专利技术的反应器不仅能够提高撤热的能力，还能够维持反应器内的温度恒定。
[0009]本专利技术提供的反应器能够有效控制反应器催化剂床层温度，避免催化剂活性下降和甲烷深度氧化现象的发生。
[0010]本专利技术提供的反应器及方法的作用效果及其他优点将在后续实施例中给予详细说明。
附图说明
[0011]图1是本专利技术反应器的一种具体实施方式的结构示意图；
[0012]图2是本专利技术反应器的一种具体实施方式的俯视结构示意图；
[0013]图3是本专利技术反应器的一种具体实施方式的底部侧视图。
[0014]附图标记说明
[0015]1换热介质流动通道
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2反应管
[0016]3换热介质上游通道
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4换热介质下游通道
[0017]5换热介质进口
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6换热介质出口
[0018]7原料进口
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8产物出口
[0019]9扰流板
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10壳体
[0020]11保温层
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12导热隔板
具体实施方式
[0021]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0022]在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，“内、外”是指相对于各个部件本身的轮廓的内、外。
[0023]本专利技术中的“碳二烃”包括乙烷和乙烯，而不包括乙炔。
[0024]本专利技术中的“C2+”包括碳二及碳二以上的烃。
[0025]本专利技术中，“内径”是指“直径”。
[0026]如图1所示，本专利技术提供了一种反应器，所述反应器包括壳体10、换热介质流动通道1和至少两个反应管2；
[0027]所述换热介质流动通道1包括由导热隔板12相隔的换热介质上游通道3和换热介质下游通道4，壳体10与导热隔板12形成换热介质下游通道4，所述反应管2设置在换热介质下游通道4内；
[0028]所述换热介质流动通道1设置有位于换热介质上游通道3的换热介质进口5和位于换热介质下游通道4的换热介质出口6，使得换热介质在导热隔板12两侧以相反的方向流动(也即换热介质在换热介质上游通道3和换热介质下游通道4中以相反的方向流动)。其中，可以理解的是，导热隔板的一端与壳体的一个侧面密封连接，另一端延伸至与密封连接的侧面相对的另一侧面但不连接而留有开口，使得换热介质在开口处改变流动方向。
[0029]根据本专利技术，所述壳体的形状没有特别的限定，例如可以为立方形、圆筒形等，优选地，所述壳体10为圆筒形。所述壳体10的尺寸没有特别的限定，可以根据实际生产的需要而确定。
[0030]本专利技术中，所述壳体10可以由310s不锈钢材料制备而成。
[0031]根据本专利技术，优选地，所述壳体10的壁厚为1
‑
3mm(例如1mm、2mm、3mm)。
[0032]本专利技术中，所述导热隔板的形状没有特别的限定，例如可以为立方形、圆筒形等，优选地，所述导热隔板12为圆筒形。更优选地，所述导热隔板12环绕的内部空间为换热介质上游通道3。
[0033]根据本专利技术，优选地，所述导热隔板12的壁厚为0.5
‑
2mm(例如0.5mm、1mm、1.5mm、2mm)。
[0034]根据本专利技术，所述导热隔板12的导热系数没有特别的要求，只要能满足导热的要求即可，优选地，所述导热隔板12的导热系数大于10W/(m
·
K)，更优选为12
‑
100W/(m
·
K)。进一步优选地，所述导热隔板12由不锈钢材料和/或因康镍825制成。
[0035]本专利技术中，当所述壳体和所述导热隔板都为圆筒形时，所述壳体10与导热隔板12之间的环形间隙为换热介质下游通道4。更优选地，导热隔板的延伸端与另一侧面之间的距离＝换热介质上游通道3的横截面积/导热隔板端周长。
[0036]根据本专利技术，所述反应管的个数可以在较宽范围内选择，优选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反应器，其特征在于，所述反应器包括壳体(10)、换热介质流动通道(1)和至少两个反应管(2)；所述换热介质流动通道(1)包括由导热隔板(12)相隔的换热介质上游通道(3)和换热介质下游通道(4)，壳体(10)与导热隔板(12)形成换热介质下游通道(4)，所述反应管(2)设置在换热介质下游通道(4)内；所述换热介质流动通道(1)设置有位于换热介质上游通道(3)的换热介质进口(5)和位于换热介质下游通道(4)的换热介质出口(6)，使得换热介质在导热隔板(12)两侧以相反的方向流动。2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述反应管(2)的个数为6
‑
60个；和/或，所述反应管(2)的内径为3
‑
10mm；和/或，所述反应管(2)的壁厚为1
‑
2mm。3.根据权利要求1或2所述的反应器，其中，所述反应管(2)中装填有催化剂；优选的，所述反应管(2)与催化剂接触部分的内表面具有惰性金属镀层；优选的，所述惰性金属镀层为镍金属镀层。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的反应器，其中，所述反应管(2)贯穿换热介质下游通道(4)，并沿周向间隔设置；和/或，相邻两反应管(2)之间的间隔距离相等或不等，优选为相等；和/或，所述反应管(2)设置有原料进口(7)和产物出口(8)，所述产物出口(8)与换热介质进口(5)和换热介质出口(6)设置在反应器的同侧；优选的，所述产物出口(8)与换热介质进口(5)和换热介质出口(6)设置在反应器的底部。5.根据权利要求1
‑
4中任意一项所述的反应器，其中，所述换热介质上游通道(3)位于换热介质下游通道(4)的内部；和/或，所述换热介质上游通道、反应管和壳体之间的关系满足S3＝a(S
10
‑
nS2)的关系式，其中a＝0.4
‑
0.6；和/或，所述换热介质下游通道、反应管和壳体之间的关系满足S4＝b(S
10
‑
nS2)的关系式，其中b＝0.4
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨琦，武洁花，陈翔，白杰，
申请(专利权)人：中石化北京化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：