二氧化碳加氢制烯烃反应器及其工作方法和应用技术

本申请公开了一种二氧化碳加氢制烯烃反应器及其工作方法和应用，其中二氧化碳加氢制烯烃反应器包括外壳体和内壳体；所述外壳体用于二氧化碳与氢气反应合成甲醇，所述外壳体具有用于进入催化剂的催化剂入口和用于导出所述外壳体内反应热的外反应取热器；所述内壳体用于甲醇脱水反应合成烯烃；所述内壳体设在所述外壳体内，且所述内壳体具有用于加热反应物料的加热器、用于导出内壳体内反应热的内反应取热器、用于反应物料在所述内壳体和所述外壳体之间循环流动的第一入口和第一出口。本申请所述二氧化碳加氢制烯烃反应器，具有较高二氧化碳转化率和烯烃选择性，整体结构简单，设备投入少，综合效益高。综合效益高。综合效益高。

【技术实现步骤摘要】
二氧化碳加氢制烯烃反应器及其工作方法和应用


[0001]本申请属于节能减排
，尤其涉及一种二氧化碳加氢制烯烃反应器及其工作方法和应用。

技术介绍

[0002]气候变化是全球面临的重大挑战，是深刻影响各国经济社会发展和生态环境的重大全球性问题。国际能源署(IEA)的相关研究表明，要实现《巴黎协议》中确定的把全球平均气温升幅控制在工业化前水平2℃以内的目标，在各类减排技术达到最优配置的情况下，CCUS的减排贡献率将在10％～20％之间，也就是说如果不采用CCUS技术，将无法实现控制温升2℃的目标。二氧化碳利用技术实现碳中和目标的重要手段，CO2二氧化碳制低碳烯烃是一种CO2利用技术，可将CO2作为资源，转化为高价值的烯烃产品，是实现CO2减排从高成本到低成本乃至负成本的重要手段。
[0003]CO2化学利用可制备合成气、天然气、甲酸、甲醇、烯烃、汽油、碳酸脂、尿素等多种产品。烯烃是重要的基础有机化工原料，特别是乙烯、丙烯等低碳烯烃用途最为广泛，是三大合成材料(塑料、橡胶、纤维)的基础原料。乙烯和丙烯是全球产值最高的化工产品，烯烃生产技术和生产能力是衡量一个国家石化工业发展水平的重要标志。
[0004]目前CO2氢制烯烃技术在催化剂方面的研究取得了众多进展，比较成熟的合成方法为通过甲醇路径的两步法反应，通常该方法两步反应的反应条件相差较大，使用传统单一反应器无法同时实现每一步反应的最优条件，导致总转化率与选择性较低。若使用两个反应器分别进行两个反应会导致流程复杂，前期投入增加。
[0005]因此，亟需一种设计一种单一的反应器，使其能够进行两步反应的同时实现每步反应条件的单独控制，具有较高转化率与选择性，整体工艺流程简单，设备投入少，综合效益高。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本申请的一个目的在于提出一种二氧化碳加氢制烯烃反应器，该反应器具有用于合成烯烃的内壳体与用于合成甲醇的外壳体，并通过加热器、内反应取热器控制烯烃合成温度，通过外反应取热器控制甲醇合成温度，且反应物料在内壳体和外壳体之间循环，实现反应的分步进行，具有较高二氧化碳转化率和烯烃选择性，整体结构简单，设备投入少，综合效益高。
[0007]本申请的另一个目的在于提出一种二氧化碳加氢制烯烃反应器的工作方法。
[0008]本申请的又一个目的在于提出一种二氧化碳加氢制烯烃系统。
[0009]本申请的又一个目的在于提出一种二氧化碳加氢制烯烃系统的工作方法。
[0010]为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种二氧化碳加氢制烯烃反应器，包括：
[0011]外壳体，所述外壳体用于二氧化碳与氢气反应合成甲醇，所述外壳体具有用于进
入催化剂的催化剂入口和用于导出所述外壳体内反应热的外反应取热器；
[0012]内壳体，所述内壳体用于甲醇脱水反应合成烯烃；所述内壳体设在所述外壳体内，且所述内壳体具有用于加热反应物料的加热器、用于导出内壳体内反应热的内反应取热器、用于反应物料在所述内壳体和所述外壳体之间循环流动的第一入口和第一出口；所述第一入口和第一出口相对设置，所述第一入口与所述催化剂入口紧邻且相对设置。
[0013]在一些实施例中，所述内壳体包括相互连通的第一部分和第二部分，所述第一部分设有所述第一出口，所述第二部分设有第一入口，所述第一部分和所述第二部分沿所述第一入口至所述第一出口的方向的截面均呈等腰梯形，且所述第一部分设有所述第一出口一端的尺寸、所述第二部分设有第一入口一端的尺寸均小于所述第一部分与所述第二部分的连通处的尺寸。
[0014]在一些实施例中，所述内壳体和所述外壳体在沿所述第一入口至所述第一出口的方向上共中心线设置。
[0015]在一些实施例中，所述外壳体沿所述第一入口至所述第一出口的方向的截面中间部分呈矩形。
[0016]在一些实施例中，所述外壳体为圆柱状，所述外壳体侧壁上设有多个用于原料气二氧化碳和氢气进入外壳体内部的第二入口，且多个所述第二入口均沿外壳体内壁切线方向开口。
[0017]在一些实施例中，多个所述第二入口沿所述第一入口和所述第一出口方向间隔分布在所述外壳体上，且相邻两个第二入口位置相对或错位设置。
[0018]在一些实施例中，所述内反应取热器设在所述内壳体内表面和/或外表面。
[0019]在一些实施例中，所述外壳体紧邻所述第一出口一侧设有所述外反应取热器和产物出口。
[0020]在一些实施例中，所述加热器安装在所述内壳体内紧邻所述第一入口一侧，所述第一入口处安装有用于将来自所述催化剂入口的催化剂吸入内壳体的气流倍增器。
[0021]在一些实施例中，所述外壳体紧邻所述第一入口一端呈漏斗状结构，且该漏斗状结构远离所述第一入口一侧为所述催化剂入口；所述漏斗状结构安装在底座上，且所述漏斗状结构上安装有用于松动沉积在所述漏斗状结构侧壁上的催化剂的振动器。
[0022]为达到上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种二氧化碳加氢制烯烃反应器的工作方法，包括：
[0023]原料气二氧化碳和氢气在催化剂的作用下于外壳体内合成甲醇；
[0024]在所述原料气的带动下甲醇和催化剂加热后自所述第一入口进入所述内壳体并合成烯烃，形成携带催化剂的混合气体；
[0025]所述混合气体自所述第一出口进入外壳体，随后部分排出外壳体，另一部分降温后在所述外壳体和所述内壳体之间形成反应物料循环；
[0026]经所述外反应取热器、所述内反应器取热器分别控制所述合成甲醇的温度、所述合成烯烃的温度。
[0027]在一些实施例中，所述工作方法还包括原料气二氧化碳和氢气自多个第二入口沿外壳体内侧切线方向通入外壳体与催化剂在外壳体内形成螺旋气流并合成甲醇的步骤。
[0028]在一些实施例中，所述工作方法还包括通过振动器振动使沉积在所述漏斗结构侧
壁上的催化剂松动的步骤；
[0029]在一些实施例中，所述工作方法还包括所述原料气、催化剂经所述气流倍增器送入所述内壳体的步骤。
[0030]在一些实施例中，所述混合气体包括烯烃、水蒸气、一氧化碳、未反应完的甲醇、未反应完的二氧化碳和未反应完的氢气。
[0031]在一些实施例中，所述原料气中，氢气和二氧化碳的混合体积比为(2
‑
4)：1。
[0032]在一些实施例中，所述外壳体内合成甲醇的温度为200
‑
300℃，压力为0.5
‑
8MPa。
[0033]在一些实施例中，所述内壳体内合成烯烃的温度为300
‑
400℃，压力为0.5
‑
8MPa。
[0034]在一些实施例中，所述催化剂为二氧化碳加氢制烯烃催化剂。
[0035]在一些实施例中，所述催化剂经载气携带自所述催化剂入口进入所述外壳体，所述载体为二氧化碳、氢气、惰性气体中的至少一种。
[0036]为达到上述目的，本申请第三方面实施例提出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳加氢制烯烃反应器，其特征在于，包括：外壳体，所述外壳体用于二氧化碳与氢气反应合成甲醇，所述外壳体具有用于进入催化剂的催化剂入口和用于导出所述外壳体内反应热的外反应取热器；内壳体，所述内壳体用于甲醇脱水反应合成烯烃；所述内壳体设在所述外壳体内，且所述内壳体具有用于加热反应物料的加热器、用于导出内壳体内反应热的内反应取热器、用于反应物料在所述内壳体和所述外壳体之间循环流动的第一入口和第一出口；所述第一入口和第一出口相对设置，所述第一入口与所述催化剂入口紧邻且相对设置。2.根据权利要求1所述的二氧化碳加氢制烯烃反应器，其特征在于，所述内壳体包括相互连通的第一部分和第二部分，所述第一部分设有所述第一出口，所述第二部分设有第一入口，所述第一部分和所述第二部分沿所述第一入口至所述第一出口的方向的截面均呈等腰梯形，且所述第一部分设有所述第一出口一端的尺寸、所述第二部分设有第一入口一端的尺寸均小于所述第一部分与所述第二部分的连通处的尺寸。3.根据权利要求1所述的二氧化碳加氢制烯烃反应器，其特征在于，所述内壳体和所述外壳体在沿所述第一入口至所述第一出口的方向上共中心线设置；和/或，所述外壳体沿所述第一入口至所述第一出口的方向的截面中间部分呈矩形。4.根据权利要求1所述的二氧化碳加氢制烯烃反应器，其特征在于，所述外壳体为圆柱状，所述外壳体侧壁上设有多个用于原料气二氧化碳和氢气进入外壳体内部的第二入口，且多个所述第二入口均沿外壳体内壁切线方向开口。5.根据权利要求4所述的二氧化碳加氢制烯烃反应器，其特征在于，多个所述第二入口沿所述第一入口和所述第一出口方向间隔分布在所述外壳体上，且相邻两个第二入口位置相对或错位设置。6.根据权利要求1所述的二氧化碳加氢制烯烃反应器，其特征在于，所述内反应取热器设在所述内壳体内表面和/或外表面；和/或，所述外壳体紧邻所述第一出口一侧设有所述外反应取热器和产物出口。7.根据权利要求1所述的二氧化碳加氢制烯烃反应器，其特征在于，所述加热器安装在所述内壳体内紧邻所述第一入口一侧，所述第一入口处安装有用于将来自所述催化剂入口的催化剂吸入内壳体的气流倍增器。8.根据权利要求1所述的二氧化碳加氢制烯烃反应器，其特征在于，所述外壳体紧邻所述第一入口一端呈漏斗状结构，且该漏斗状结构远离所述第一入口一侧为所述催化剂入口；所述漏斗状结构安装在底座上，且所述漏斗状结构上安装有用于松动沉积在所述漏斗状结构侧壁上的催化剂的振动器。9.一种如权利要求1至8任意一项所述的二氧化碳加氢制烯烃反应器的工作方法，其特征在于，包括：原料气二氧化碳和氢气在催化剂的作用下于外壳体内合成甲醇；在所述原料气的带动下甲醇和催化剂加热后自所述第一入口进入所述内壳体并合成烯烃，形成携带催化剂的混合气体；所述混合气体自所述第一出口进入外壳体，随后部分排出外壳体，另一部分降温后在所述外壳体和所述内壳体之间形成反应物料循环；经所述外反应取热器、所述内反应器取热器分别控制所述合成甲醇的温度、所述合成
烯烃的温度。10.根据权利要求9所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李旭，王琪，吴桐，刘练波，郜时旺，何忠，程阿超，罗立强，秦胜辉，
申请(专利权)人：华能国际电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：