一种甲烷芳构化制备芳烃的方法及设备技术

本发明专利技术涉及一种甲烷芳构化制备芳烃的方法及设备，通过将甲烷芳构化系统与甲烷水蒸气转化系统相结合，利用甲烷水蒸气转化系统的净化单元为甲烷芳构化系统提供合格的原料气，并利用甲烷水蒸气转化系统的高温废气为甲烷芳构化系统供热，将甲烷芳构化系统产生的尾气（甲含烷与氢气）不经分离直接用作甲烷水蒸气转化系统的原料或燃料；可有效解决独立芳构化过程中的甲烷与氢气分离的技术难题，也可有效利用甲烷水蒸汽转化过程的高温热源，可以将供热气的比例由反应气体量的３０％降低至５％以下，既缩短流程，减少投资，又降低了能耗，同时使制备芳烃的成本大幅度降低。

Method and equipment for preparing aromatic hydrocarbon by methane aromatization

The invention relates to a method and a device for preparing methane aromatization of aromatic hydrocarbons, the methane aromatization system with methane steam reforming system combined with purification unit methane steam conversion system to provide qualified raw gas for methane aromatization system, and the use of high temperature exhaust gas methane steam reforming system for the methane aromatization system of heating, the aromatization of methane produced by the exhaust system (a containing alkane and hydrogen) methane steam reforming system is directly used as raw materials or fuel without separation; technical problems can be effectively solved independently and separation of hydrogen methane aromatization process, also can effectively use the high temperature heat source of methane steam reforming process, can be for hot air by the ratio of the reaction gas amount of 30% to less than 5%, which can shorten the process, reduce investment and lower energy consumption. At the same time The cost of preparing aromatic hydrocarbons is greatly reduced.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种甲烷芳构化制备芳烃的方法及设备。
技术介绍
苯及其它芳烃产品是重要的基础化工原料，目前主要通过石油炼制过程 副产。最近随着全球原油价格的持续上扬以及芳烃下游产品需求量的增加， 苯和其他芳烃的价格居高不下。我国石油资源短缺，车用油(汽，柴，煤油 与润滑油等)的需求缺口大，乙烯，丙烯，丁二烯等需求强劲，所以从石油 路线制备芳烃的产量越来越受制约。为了满足我国各类化学化工产品生产对 苯及其他芳烃需求量的急剧增加，非常有必要寻找适宜的非石油来源的芳烃 制备路线。利用金属一分子筛复合催化剂，可以在无氧环境中将甲烷转化为芳烃。以Mo/HZSM-5催化剂为例，在973K和常压下，甲垸转化率大约为16%,芳 烃的选择性大于90%,其中苯的选择性又达芳烃中的90%,其他芳烃产品为 少量的甲苯与萘。由于苯用途广，需求量大，该路线成为国际上持续研究的、 具有潜力的化工路线。然而在过去的二十几年里，各国科学家的研究工作主要集中在催化剂的 制备开发、及反应和失活机理等方面。芳构的制备规模处于实验室微型反应 器研究阶段，尚无大业工程化报道。其中工程化困难的主要技术瓶颈之一在 于，由于热力学平衡限制，600-70(TC下进行的芳构化反应的单程转化率较低 (约16%)，生成的气体中约含22%氢气与78%甲垸。如果甲烷回用，则需要 将氢与甲垸分离，不但能耗高，而且技术难度大。同时使得独立的甲烷芳构 化流程路线长，设备投资大，不易实现。而进一步升高芳构化温度，对提高甲烷转化率的影响有限，且仍存在氢气与甲垸分离的问题。并且升高反应温 度对设备材质要求的苛刻度增加，而且为该(吸热)反应的供热难度加大， 及催化剂再生的温度与芳构化温度匹配难度加大，这将带来一系列的流程切 换与升降温操作等复杂工程问题与较高的能耗。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种将甲垸芳构化与现有甲烷水蒸汽转化制备合成 气相结合，使甲烷芳构化系统产生的氢气与甲烷混合尾气直接用于甲烷水蒸 汽转化系统的原料或燃料，实现两个系统间的能量回收利用，避开相关分离 技术难题，简化流程，降低设备投资，降低芳烃生产成本。本专利技术由甲烷水蒸汽转化系统1和甲烷芳构化系统2两部分组成； 其中的甲烷水蒸汽转化系统1包括甲烷原料气供给单元la，甲烷原料 气净化单元lb，甲烷原料气加压单元lc，甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应 单元ld，合成气单元le;甲垸原料气供给单元la气体出口与甲烷原料气净化 单元lb的气体入口相连；甲烷原料气净化单元lb气体出口与甲烷原料气加 压单元lc的气体入口相连；其侧线出口与甲烷芳构化系统1的甲烷原料气减 压单元2a的气体入口相连；甲垸原料气加压单元lc气体出口与甲垸原料气加热及水蒸汽转化反应单 元ld的气体入口相连；甲垸原料气加热及水蒸汽转化反应单元ld与合成气 单元le连接。其中的甲垸芳构化系统2包括甲垸原料气减压单元2a，甲垸原料气芳 构化反应单元2b，芳构化催化剂再生单元2c，芳构化气液分离单元2d，芳构 化液体分离单元2e，芳构化气体净化单元2f，芳构化气体增压单元2g;甲烷 原料气体减压单元2a气体出口与甲垸原料气芳构化反应单元2b的气体入口 相连；甲烷原料气芳构化反应单元2b气体出口与芳构化气液分离单元2d的 气体入口相连，其失活催化剂的出口与芳构化催化剂再生单元2c的催化剂入口相连；芳构化催化剂再生单元2c再生后催化剂的出口与甲烷原料气芳构化 反应单元2b的催化剂入口相连；芳构化气液分离单元2d液体出口与芳构化液体分离单元2e的液体入口相连；其气体出口与芳构化气体净化单元2f的气 体入口相连或气体出口直接与甲垸水蒸汽转化系统1中的甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应单元ld的加热炉的气体入口相连；芳构化气体净化单元2f 气体出口与芳构化气体增压单元2g的气体入口相连；芳构化气体增压单元2g 气体出口与甲垸水蒸汽转化系统1的原料气加压单元lc的气体侧线入口相 连；甲烷水蒸汽转化系统1的甲烷原料气净化单元lb侧线出口与甲烷芳构化 系统2的甲烷原料气减压单元2a的入口相接。甲垸原料气减压单元2a与芳构化气体增压单元2g之间连接透平。 本专利技术任一系统(如1,2)中的任一单元(如la-le;2a-2g)均有完备的能量进 出与交换，物流进出与交换，动量交换与平衡的设施，以及控制系统，保证 其主要功能的高效完成。本专利技术利用上述联合系统进行芳烃制备将天然气转化镍基催化剂装入甲垸原料气加热及水蒸汽转化反应单元 ld，为甲烷空速5000-1000h;将芳构化催化剂装入甲垸原料气芳构化反应单 元2b;将氧化锌型净化剂装入甲烷原料气净化单元lb，甲烷空速1000-3000h; 将芳烃吸附净化剂5A或13X分子筛装入甲烷芳构化气体净化单元2f;将甲 烷原料气净化单元lb的温度升到300-400°C，将甲烷原料气加热及水蒸汽转 化反应单元Id的温度升到800-120(TC,将甲垸原料气芳构化反应单元2b的温 度升到600-80(TC,将甲烷芳构化催化剂再生单元2c的温度升到400-900°C，将 甲烷芳构化气液分离单元2d的温度控制在20-30°C;将甲垸原料气经过甲垸水蒸汽转化系统1的甲烷原料气净化单元lb，从 其侧线出口引出部分甲垸气体，进入甲垸芳构化系统2的甲烷原料气减压系 统2a，将甲垸原料压力降低为甲烷芳构化系统2所需要的0.1-0.3 MPa时，引入甲烷原料气芳构化反应单元2b，在反应单元600-80(TC的温度内，催化剂将 甲烷气体部分转化为芳烃，氢气；甲烷原料气芳构化单元(2b)出口的气体 含芳烃，氢气与甲烷；将该气体进行换热冷却后，进入甲烷芳构化气液分离 单元2d，经过气液分离后，将氢气与甲烷气体经芳构化气液分离单元2d的气 体出口，引入芳构化气体净化单元2f，经过进一步净化后，引入芳构化气体 增压单元2g，调至与甲烷水蒸汽转化系统1的甲烷原料气加压单元lc气体入 口前相同的压力后，并入甲垸水蒸汽转化系统(l)的甲烷原料气加压单元lc， 作为部分原料气，引至甲垸原料气加热及水蒸汽转化反应单元ld中，制备合 成气；或将甲烷与氢气的混合气直接并入甲烷水蒸汽转化系统中甲垸原料气 加热及水蒸汽转化反应单元ld的加热炉入口，用于燃烧给甲垸水蒸汽转化系 统1供热；由甲烷芳构化系统2的芳构化气液分离单元2d的液体出口 ，将液体混合 物芳烃与冷却介质通入芳构化液体分离单元2e中，分离得到不同的、高纯度 的芳烃产品；冷却介质经过适当处理，循环使用；当甲烷芳构化系统2的甲垸原料气芳构化反应单元2b中的催化剂失活 后，用气体输送至甲烷芳构化系统2的芳构化催化剂再生单元2c中，在400-900 C下烧碳再生，恢复活性后，再输送返回甲烷芳构化系统2的甲烷原料气芳 构化反应单元2b。从甲烷芳构化系统2中的甲烷原料气减压单元2a出口至甲垸芳构化系统 2中的芳构化气体增压单元2g入口的阻力降为0.1-0.18MPa;甲烷芳构化系统2的芳构化气液分离单元2d采用温度为20-3(TC吸收的 方法，将甲烷和氢气与苯、甲苯和萘的冷凝液体分离，吸收介质为溶点为 233-300'C的溶剂油，溶剂油与芳构化气体的接触方式为逆流接触，其设备形 式为填料塔、筛板塔或二者的结合；甲烷芳构化系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲烷芳构化制备芳烃的设备，其特征在于：由甲烷水蒸汽转化系统（１）和甲烷芳构化系统（２）两部分组成；　其中的甲烷水蒸汽转化系统（１）包括：甲烷原料气供给单元（１ａ），甲烷原料气净化单元（１ｂ），甲烷原料气加压单元（１ｃ），甲烷原料气 加热及水蒸汽转化反应单元（１ｄ），合成气单元（１ｅ）；甲烷原料气供给单元（１ａ）气体出口与甲烷原料气净化单元（１ｂ）的气体入口相连；甲烷原料气净化单元（１ｂ）气体出口与甲烷原料气加压单元（１ｃ）的气体入口相连；其侧线出口与甲烷芳构化系统（１）的甲烷原料气减压单元（２ａ）的气体入口相连；　甲烷原料气加压单元（１ｃ）气体出口与甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应单元（１ｄ）的气体入口相连；甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应单元（１ｄ）与合成气单元（１ｅ）连接。　其中的甲烷芳构化 系统（２）包括：甲烷原料气减压单元（２ａ），甲烷原料气芳构化反应单元（２ｂ），芳构化催化剂再生单元（２ｃ），芳构化气液分离单元（２ｄ），芳构化液体分离单元（２ｅ），芳构化气体净化单元（２ｆ），芳构化气体增压单元（２ｇ）；甲烷原料气体减压单元（２ａ）气体出口与甲烷原料气芳构化反应单元（２ｂ）的气体入口相连；甲烷原料气芳构化反应单元（２ｂ）气体出口与芳构化气液分离单元（２ｄ）的气体入口相连，其失活催化剂的出口与芳构化催化剂再生单元（２ｃ）的催化剂入口相连；芳构化催化剂再生单元（２ｃ）再生后催化剂的出口与甲烷原料气芳构化反应单元（２ｂ）的催化剂入口相连；芳构化气液分离单元（２ｄ）液体出口与芳构化液体分离单元（２ｅ）的液体入口相连；其气体出口与芳构化气体净化单元（２ｆ）的气体入口相连或气体出口直接与甲烷水蒸汽转化系统（１）中的甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应单元（１ｄ）的加热炉的气体入口相连；芳构化气体净化单元（２ｆ）气体出口与芳构化气体增压单元（２ｇ）的气体入口相连；芳构化气体增压单元（２ｇ）气体出口与甲烷水蒸汽转化系统（１）的甲烷原料气加压单元（１ｃ）的气体侧线入口相连；甲烷水蒸汽转化系统（１）的甲烷原料气净化单元（１ｂ）侧线出口与甲烷芳构化系统（２）的甲烷原料气减压单元（２ａ）的入口相接。...

【技术特征摘要】
1.一种甲烷芳构化制备芳烃的设备，其特征在于由甲烷水蒸汽转化系统(1)和甲烷芳构化系统(2)两部分组成；其中的甲烷水蒸汽转化系统(1)包括甲烷原料气供给单元(1a)，甲烷原料气净化单元(1b)，甲烷原料气加压单元(1c)，甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应单元(1d)，合成气单元(1e)；甲烷原料气供给单元(1a)气体出口与甲烷原料气净化单元(1b)的气体入口相连；甲烷原料气净化单元(1b)气体出口与甲烷原料气加压单元(1c)的气体入口相连；其侧线出口与甲烷芳构化系统(1)的甲烷原料气减压单元(2a)的气体入口相连；甲烷原料气加压单元(1c)气体出口与甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应单元(1d)的气体入口相连；甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应单元(1d)与合成气单元(1e)连接。其中的甲烷芳构化系统(2)包括甲烷原料气减压单元(2a)，甲烷原料气芳构化反应单元(2b)，芳构化催化剂再生单元(2c)，芳构化气液分离单元(2d)，芳构化液体分离单元(2e)，芳构化气体净化单元(2f)，芳构化气体增压单元(2g)；甲烷原料气体减压单元(2a)气体出口与甲烷原料气芳构化反应单元(2b)的气体入口相连；甲烷原料气芳构化反应单元(2b)气体出口与芳构化气液分离单元(2d)的气体入口相连，其失活催化剂的出口与芳构化催化剂再生单元(2c)的催化剂入口相连；芳构化催化剂再生单元(2c)再生后催化剂的出口与甲烷原料气芳构化反应单元(2b)的催化剂入口相连；芳构化气液分离单元(2d)液体出口与芳构化液体分离单元(2e)的液体入口相连；其气体出口与芳构化气体净化单元(2f)的气体入口相连或气体出口直接与甲烷水蒸汽转化系统(1)中的甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应单元(1d)的加热炉的气体入口相连；芳构化气体净化单元(2f)气体出口与芳构化气体增压单元(2g)的气体入口相连；芳构化气体增压单元(2g)气体出口与甲烷水蒸汽转化系统(1)的甲烷原料气加压单元(1c)的气体侧线入口相连；甲烷水蒸汽转化系统(1)的甲烷原料气净化单元(1b)侧线出口与甲烷芳构化系统(2)的甲烷原料气减压单元(2a)的入口相接。2. 根据权利要求1所述的一种甲垸芳构化制备芳烃的设备，其特征在于 甲垸芳构化系统(2)的甲烷原料气芳构化反应单元(2b)中的反应器为移动 床反应器或流化床反应器；包括一台或多台反应器，串联反应或切换操作。3. 根据权利要求1所述的一种甲烷芳构化制备芳烃的设备，其特征在于 甲垸芳构化系统(2)的芳构化催化剂再生单元(2c)中的反应器为移动床反 应器或流化床反应器，与甲垸芳构化系统(2)的甲垸原料气芳构化反应单元(2b)中的反应器形式相对应。4. 根据权利要求1所述的一种甲垸芳构化制备芳烃的设备，其特征在于 甲垸芳构化系统(2)的甲垸原料气减压单元(2a)与芳构化气体增压单元(2g) 之间连接透平。5. —种甲烷芳构化制备芳烃的方法，其特征在于 利用权利要求1所述的设备进行甲垸芳构化制备芳烃；步骤如下 将天然气转化镍基催化剂装入甲烷原料气加热及水蒸汽转化反应单元(ld)，为甲垸空速5000-1000h;将芳构化催化剂装入甲烷原料气芳构化反 应单元(2b);将氧化锌型净化剂装入甲烷原料气净化单元(lb)，甲烷空速1000-3000h;将芳烃吸附净化剂5A或13X分子筛装入甲烷芳构化气体净化 单元(2f);将甲烷原料气净化单元(lb)的温度升到300-40(TC，将甲烷原料 气加热及水蒸汽转化反应单元(ld)的温度升到800-120(TC，将甲烷原料气芳 构化反应单元(2b)的温度升到600-80(TC,将甲烷芳构化催化剂再生单元(2c) 的温度升到400-900°C,将甲垸芳构化气液分离单元(2d)的温度控制在20-30 °C;将甲烷原料气经过甲烷水蒸汽转化系统(1 )的甲烷原料气净化单元(lb)， 从其侧线出口引出部分甲烷气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：骞伟中，杨吉红，魏飞，雍瑞生，魏彤，朱建设，黄河，田涛，孙玉建，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]