单管式固定床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固定床反应器催化反应技术领域，公开了一种单管式固定床反应器和甲烷氧化偶联制碳二烃的方法。所述单管式固定床反应器包括反应管和包裹所述反应管的夹套，所述夹套中设置有导热隔板使得夹套在与反应管物流方向垂直的方向上被分为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室设置有第一换热介质进口，所述第二腔室设置有第一换热介质出口，使得换热介质在第一腔室和第二腔室中的流动方向相反；所述夹套上设置有放气口。本发明专利技术的单管式固定床反应器能够实现反应管内温度的控制，避免反应管内发生飞温现象。发生飞温现象。发生飞温现象。

【技术实现步骤摘要】
单管式固定床反应器和甲烷氧化偶联制碳二烃的方法


[0001]本专利技术涉及固定床反应器催化反应
，具体涉及一种单管式固定床反应器和甲烷氧化偶联制碳二烃的方法。

技术介绍

[0002]甲烷氧化偶联反应生成的产物主要为乙烯、乙烷和水，该技术具有环境友好的特点。甲烷氧化偶联为放热反应，对反应器的撤热能力提出了更高要求。通常采用集成反应器，或是采用多段装填催化剂的形式来缓解反应放热情况，例如，中国石化炼化工程的高度热集成技术采用了带中心管的管壳式急冷锅炉，但是该技术的控温效果较差。目前，甲烷氧化偶联反应的实验试研究阶段已经取得了很好的效果，但是由于甲烷氧化偶联反应为高温(400℃以上)放热反应，在中试和工业化过程中由于催化剂的用量增加，导致放热量骤增使催化剂床层温度很快升高，甚至使催化剂失活。工业生产上普通的放热反应(反应温度在400℃以下)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，但是上述方式不适用于甲烷氧化偶联的高温放热反应，会导致甲烷氧化偶联反应深度氧化生成二氧化碳或一氧化碳，因此急需寻找一种能够有效撤除中试过程中甲烷氧化偶联反应热的反应器。此外，现有技术中的单管式固定床反应器通常存在在放热反应过程中控温效果差，导致局部有飞温现象出现问题。因此有必要开发一种新的单管式固定床反应器。

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的上述技术问题，提供一种单管式固定床反应器和甲烷氧化偶联制碳二烃的方法。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种单管式固定床反应器，所述单管式固定床反应器包括反应管和包裹所述反应管的夹套，所述夹套中设置有导热隔板使得夹套在与反应管物流方向垂直的方向上被分为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室设置有第一换热介质进口，所述第二腔室设置有第一换热介质出口，使得换热介质在第一腔室和第二腔室中的流动方向相反；所述夹套上设置有放气口。
[0005]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，由第一换热介质进口向第一腔室中通入换热介质以控制接触的温度。
[0006]在本专利技术的所述单管式固定床反应器中，通过将反应管包裹在夹套内，并利用导热隔板将夹套分为第一腔室和第二腔室，使换热介质在第一腔室和第二腔室中的流动方向相反，从而实现反应管内温度的控制，避免反应管内发生飞温现象，进而保证甲烷的转化率和碳二烃的选择性。
[0007]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
[0008]图1是本专利技术单管式固定床反应器的一种具体实施方式的结构示意图。
[0009]附图标记说明
[0010]1反应管 2导热隔板
[0011]3第一腔室 4第二腔室
[0012]5第一换热介质进口 6第一换热介质出口
[0013]7原料进口 8产物出口
[0014]9离心泵 10散热器
[0015]11观察窗口 12放气口
[0016]13第二换热介质进口 14第二换热介质出口
具体实施方式
[0017]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。
[0018]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。
[0019]本专利技术中的“碳二烃”包括乙烷和乙烯，而不包括乙炔。
[0020]本专利技术中的“C2+”包括碳二及碳二以上的烃。
[0021]本专利技术中，“内径”是指“直径”。
[0022]如图1所示，本专利技术第一方面提供了一种单管式固定床反应器，所述单管式固定床反应器包括反应管1和包裹所述反应管1的夹套，所述夹套中设置有导热隔板2使得夹套在与反应管1物流方向垂直的方向上(由内至外)被分为第一腔室3和第二腔室4，所述第一腔室3设置有第一换热介质进口5，所述第二腔室4设置有第一换热介质出口6，使得换热介质在第一腔室3和第二腔室4中的流动方向相反；所述夹套上设置有放气口12。可以理解的是，夹套的管壁与导热隔板2形成第一腔室3，而反应管1的管壁与导热隔板2形成第二腔室4。
[0023]根据本专利技术，夹套为具有空腔的结构，固定在反应管周围，换热介质能够在夹套中流通从而与反应管中的物料换热。优选地，所述夹套中设置导热隔板2，所述导热隔板2的一端与夹套的一个侧面连接但留有开口，所述开口为第一换热介质出口6，另一端向夹套的另一个侧面延伸但不连接，如此，可以使得第一腔室3中的换热介质在导热隔板2与夹套另一个侧面不连接的另一端处改变流动方向进入第二腔室4，进而与反应管1进行换热。如图1所示，换热介质沿箭头的方向流动。
[0024]本专利技术中，所述夹套上设置的放气口12可以将第一腔室和第二腔室中换热介质携带的气体排出，避免换热介质中携带的气体影响换热效果。优选地，所述放气口12设置在不与导热隔板2连接的夹套的侧面上。
[0025]根据本专利技术，优选地，所述反应管1设置有原料进口7和产物出口8，所述产物出口8与第一换热介质进口5和第一换热介质出口6设置在单管式固定床反应器的同侧，以保证第二腔室4内的换热介质与反应管1中物料和第一腔室3中的换热介质以相反方向流动。
[0026]根据本专利技术，优选地，所述单管式固定床反应器还包括与第一换热介质进口5相连的离心泵9和与第一换热介质出口6相连的散热器10。所述散热器10用于对换热后的换热介质进行降温，所述散热器设有自动控温系统，可以将换热介质降温至催化剂的初始激活温度。本专利技术中，催化剂的初始激活温度是指甲烷和氧气与催化剂接触后能够发生反应的温度，通常情况下，催化剂的初始激活温度根据所选用的催化剂变化。所述离心泵9用于将降温后的换热介质打入第一腔室3，所述离心泵9为耐高温离心泵，可以在1000℃下正常运行。
[0027]根据本专利技术，如图1所示，优选地，所述反应管1外壁与导热隔板2的内壁构成的间隙为第二腔室4，第二腔室4中换热后的换热介质沿管道进入散热器10，经散热器10降温后通过离心泵9和第一换热介质进口5进入第一腔室3。其中，所述导热隔板2的外壁与夹套的内壁构成的间隙为第一腔室3。
[0028]根据本专利技术，优选地，所述夹套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，所述夹套为圆筒形。所述夹套的尺寸没有特别的限定，可以根据实际生产的需要而确定。本专利技术中，所述夹套的壁厚可以为1.5
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2.5mm(例如可以为1.5mm、2mm、2.5mm)。
[0029]根据本专利技术，所述导热隔板2的导热系数没有特别的要求，只要能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单管式固定床反应器，其特征在于，所述单管式固定床反应器包括反应管(1)和包裹所述反应管(1)的夹套，所述夹套中设置有导热隔板(2)使得夹套在与反应管(1)物流方向垂直的方向上被分为第一腔室(3)和第二腔室(4)，所述第一腔室(3)设置有第一换热介质进口(5)，所述第二腔室(4)设置有第一换热介质出口(6)，使得换热介质在第一腔室(3)和第二腔室(4)中的流动方向相反；所述夹套上设置有放气口(12)。2.根据权利要求1所述的单管式固定床反应器，其中，所述反应管(1)的内径为10
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25mm。3.根据权利要求1所述的单管式固定床反应器，其中，所述反应管(1)中装填有催化剂，所述反应管(1)与催化剂接触部分的内表面具有金属镀层。4.根据权利要求1所述的单管式固定床反应器，其中，所述反应管(1)设置有原料进口(7)和产物出口(8)，所述产物出口(8)与第一换热介质进口(5)和第一换热介质出口(6)设置在单管式固定床反应器的同侧。5.根据权利要求1所述的单管式固定床反应器，其中，所述第一腔室(3)的宽度为0.25D
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0.5D；和/或，所述第二腔室(4)的宽度为0.5D
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨琦，武洁花，张明森，冯静，
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：