【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及化工反应装备制造，尤其涉及一种将合成气制备烯烃的反应装置与方法。
技术介绍
1、合成气一步法制备烯烃是一种新兴的催化过程，可以利用煤、天然气、生物质和柴油等原料，生成合成气，再通过多功能催化剂一步生成烯烃。该流程比传统的合成气制备甲醇，甲醇再制备烯烃的流程大大简化，具有设备数量少，投资低，排放少的优点。然而，合成气一步法制备烯烃，相当于把两个强放热反应(合成气制备甲醇，甲醇再制备烯烃)合并在一个反应器中进行，这导致反应器工程移热的挑战急剧增加。而合成气制备烯烃是一个催化剂结构与成分非常敏感的反应，只要温度超温，会导致催化剂性能下降，以及产品选择性显著变化。
2、另外，进料气体常常处于温度较低的状态，一般需要换热来升温，但反应过程中又需要撤热控温。总体上也是不太合理的。
3、虽然多段绝热式反应器结合段间气体冷激的形式，也可以有效控制反应器的最高热点温度，但同时温度差也会导致催化剂产生热应力，从而容易粉碎。目前，还没有关于合成气制备烯烃的等温反应器的报道。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术公开了一种将合成气制备烯烃的反应装置，所述装置为列管式固定床反应器，所述列管式固定床反应器包括：分隔板，所述分隔板设置于所述列管式固定床反应器的上下两端，并将所述列管式固定床反应器内部分隔形成上封头区域、中部区域以及下封头区域；
2、气体预热管，所述气体预热管贯穿所述下封头区域，并沿轴向设置于所述中部区域的中间；
4、壳程，位于所述中部区域的若干所述催化剂装填管周边，作为换热介质通道；
5、其中，所述上封头区域，与所述气体预热管的气体出口，以及若干所述催化剂装填管的入口连通，以引导气流均匀进入催化剂装填管；
6、所述下封头区域，与若干所述催化剂装填管的出口连通，以收集产品气体。
7、可选地，所述气体预热管内填充有体积比为8-9：1-2的金属规整填料与吸附剂，以使合成气成分均匀，并除去其中的液体；
8、所述吸附剂位于所述气体预热管的顶部。
9、可选地，所述催化剂装填管中部填充有金属规整填料，以强化反应气体分配，并分散管内的热量；
10、所述催化剂装填管的上端和下端填充有催化剂，以使流经催化剂装填管的合成气催化转化为烯烃；
11、所述催化剂与所述金属规整填料的体积比为70-85：15-30。
12、可选地，所述催化剂装填管内壁设置有螺旋状翅片，用于减少所述内壁表面的气体边界层厚度，以强化换热介质的热传导。
13、可选地，所述螺旋状翅片的表面积占所述催化剂装填管的5-10％。
14、可选地，所述气体预热管的底端为气体入口；所述下封头区域的底部设置有产品气体出口。
15、为了解决上述问题，本专利技术还公开了一种将合成气制备烯烃的方法，应用于上述任一项所述的装置，包括：
16、惰性气体经气体预热管的气体入口、气体预热管和上封头区域通入催化剂装填管中，将催化剂加热至400-450℃，再将氢气经气体预热管的气体入口、气体预热管和上封头区域通入催化剂装填管中，对催化剂进行还原3-6h；
17、将预热到200-280℃的合成气经气体预热管的气体入口、气体预热管和上封头区域通入催化剂装填管中，在催化剂的作用下，使合成气直接发生反应，获得含有烃、水和co2的产品气体，反应放出的热量将催化剂装填管加热至320-360℃；所述产品气体在下封头区域汇集，经下封头区域的产品气体出口排出；
18、所述将合成气制备烯烃的过程中，将换热介质通入壳程内，在其中循环流通，以控制催化剂装填管的温度保持在320-360℃。
19、可选地，所述催化剂装填管的入口与出口的温差小于5℃，管程压力为2-6mpa，管程压降为0.03-0.05mpa。
20、可选地，所述催化剂为铁基、钴基、氧化镓与分子筛型、氧化铬与分子筛型和锌铁尖晶石型催化剂中的任一种。
21、可选地，所述换热介质为饱和水蒸汽、丙酮、乙醇、水中的一种或多种。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
23、(1)本申请实施例提供的一种将合成气制备烯烃的反应装置与方法，通过在列管式固定床反应器内设置独立的气体预热管和催化剂装填管，利用催化剂装填管中合成气制备烯烃反应产生的热量，通过换热介质将自气体预热管通入的合成气加热到反应温度，避免高温气流的通入，减少了对催化剂性能的影响；并严格控制催化剂装填管内的温度，确保其入口与出口的温差控制在5℃以下，进一步减小温度对催化剂性能的影响，提升了催化剂的稳定性，显著提高了催化剂的寿命。此外，避免了设置加压用的预热器，减少了密封环节，可以减少制造成本3-5％和维修成本3-5％。
24、(2)在列管式固定床中心设置填充有金属规整填料和吸附剂的气体预热管，能使合成气成分均匀，增强换热效果，还能完全避免合成气中夹带的液态物质，并避免液态物质对催化剂的冲击(包括温度差导致的热冲击，局部瞬间汽化的机械冲击，以及大量液体直接导致的催化剂板结)。该设置能延长催化剂寿命10-20％。
25、(3)在催化剂装填管的中部填充有金属规整填料，将上端和下端的催化剂装填段分隔，可以有效避免全部催化剂装填时出现的中部催化剂飞温，控制难度大的劣势，可以有效保护催化剂内部的温度不超温，延长催化剂寿命10-20％。
26、(4)针对合成气制备烯烃反应的强放热过程，在催化剂装填管内壁设置螺旋状翅片，可以显著提高换热系数，避免管壁温度比催化剂低很多而形成热应力，对催化剂造成损害，可以延长催化剂寿命3-5％。
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1.一种将合成气制备烯烃的反应装置，所述装置为列管式固定床反应器，其特征在于，所述列管式固定床反应器包括：分隔板，所述分隔板设置于所述列管式固定床反应器的上下两端，并将所述列管式固定床反应器内部分隔形成上封头区域、中部区域以及下封头区域；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体预热管内填充有体积比为8-9：1-2的金属规整填料与吸附剂，以使合成气成分均匀，并除去其中的液体；
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述催化剂装填管中部填充有金属规整填料，以强化反应气体分配，并分散管内的热量；
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述催化剂装填管内壁设置有螺旋状翅片，用于减少所述内壁表面的气体边界层厚度，以强化换热介质的热传导。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述螺旋状翅片的表面积占所述催化剂装填管的5-10％。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体预热管的底端为气体入口；所述下封头区域的底部设置有产品气体出口。
7.一种将合成气制备烯烃的方法，应用于如权利要求1-
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述催化剂装填管3的入口与出口的温差小于5℃，管程压力为2-6MPa，管程压降为0.03-0.05MPa。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述催化剂为铁基、钴基、氧化镓与分子筛型、氧化铬与分子筛型和锌铁尖晶石型催化剂中的任一种。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述换热介质为饱和水蒸汽、丙酮、乙醇、水中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种将合成气制备烯烃的反应装置，所述装置为列管式固定床反应器，其特征在于，所述列管式固定床反应器包括：分隔板，所述分隔板设置于所述列管式固定床反应器的上下两端，并将所述列管式固定床反应器内部分隔形成上封头区域、中部区域以及下封头区域；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体预热管内填充有体积比为8-9：1-2的金属规整填料与吸附剂，以使合成气成分均匀，并除去其中的液体；
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述催化剂装填管中部填充有金属规整填料，以强化反应气体分配，并分散管内的热量；
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述催化剂装填管内壁设置有螺旋状翅片，用于减少所述内壁表面的气体边界层厚度，以强化换热介质的热传导。
5.根据权利要求4所述的...
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