阅读说明：本技术 一种用于甲烷氧化偶联的工艺 (Process for oxidative coupling of methane ) 是由 王振维 聂毅强 盛在行 孙丽丽 刘罡 丁利伟 赵百仁 李少鹏 于 2019-03-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于石油化工领域,涉及一种用于甲烷氧化偶联的工艺。富甲烷气体与富氧气体在烷氧混合器中进行混合,得到混合气,达到反应所需温度的混合气进入装有催化剂的恒温反应器,进行甲烷氧化偶联反应,恒温反应器内设置有间隔排布的多组反应单元和多组取热单元,以及隔热结构,所述催化剂装填于反应单元内,取热介质在取热单元内流动并吸收反应单元放出的热量；所述隔热结构设置于反应单元和取热单元之间,隔热结构与反应单元的接触面的温度高于甲烷氧化偶联反应起始温度,隔热结构与取热单元的接触面与取热单元内取热介质的温差为5～50℃。本发明的方法使每段催化剂床层基本恒定,使反应在最佳温度下反应。(The invention belongs to the field of petrochemical industry, and relates to a process for oxidative coupling of methane. Mixing methane-rich gas and oxygen-rich gas in an alkane-oxygen mixer to obtain mixed gas, feeding the mixed gas reaching the temperature required by the reaction into a constant-temperature reactor filled with a catalyst for methane oxidation coupling reaction, wherein the constant-temperature reactor is internally provided with a plurality of groups of reaction units and a plurality of groups of heat taking units which are arranged at intervals, and a heat insulation structure, the catalyst is filled in the reaction units, and a heat taking medium flows in the heat taking units and absorbs heat emitted by the reaction units; the heat insulation structure is arranged between the reaction unit and the heat taking unit, the temperature of the contact surface of the heat insulation structure and the reaction unit is higher than the initial temperature of the methane oxidative coupling reaction, and the temperature difference between the contact surface of the heat insulation structure and the heat taking unit and the temperature difference between the heat taking medium in the heat taking unit is 5-50 ℃. The method of the invention ensures that each section of catalyst bed layer is basically constant, and the reaction is carried out at the optimal temperature.)

一种用于甲烷氧化偶联的工艺

技术领域

本发明属于石油化工领域，更具体地，涉及一种用于甲烷氧化偶联的工艺。

背景技术

乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75％以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。

随着国际原油价格的大幅波动和技术进步，为改变乙烯生产原料过分依赖于石油资源的状况，生产乙烯原料发生了变化，以甲醇为原料生产乙烯的技术得到发展，成为新型煤化工技术中工业应用广泛的技术。

甲烷氧化偶联制乙烯技术(OCM)是生产乙烯的重要技术，它以天然气为原料，只需一步反应过程即可制得乙烯，具有很高的理论价值和经济价值。经过30多年的研究，甲烷一步法制乙烯研究取得突破性进展，甲烷偶联制乙烯工业示范装置投产成功，正迈向工业化的前夕。这对破解乙烯行业原料来源瓶颈，降低生产成本，增强乙烯行业及下游产业的竞争力意义重大。

国内外的研究开发以美国Siluria技术公司最为典型，Siluria通过使用生物模板精确合成纳米线催化剂，开发出工业可行的甲烷直接制乙烯催化剂。该催化剂可在低于传统蒸汽裂解法操作温度200-300℃的情况下在5-10个大气压下，高效催化甲烷转化成乙烯。该技术使得催化剂寿命延长，操作温度大幅下降，但是对甲烷转化率和乙烯收率并没有实质性突破。

目前用于甲烷氧化偶联制乙烯反应工艺的反应器型式有流化床反应器，固定床反应器、膜反应器等，但这些反应器在工业上的应用尚待进一步开发。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于甲烷氧化偶联的工艺。本发明的工艺方法使催化剂床层基本恒定，从而使反应在最佳温度下进行，床层温度的稳定也有利于催化剂性能的稳定。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于甲烷氧化偶联的工艺，富甲烷气体与富氧气体在烷氧混合器中进行混合，得到混合气，达到反应所需温度的混合气进入装有催化剂的恒温反应器，进行甲烷氧化偶联反应，恒温反应器内设置有间隔排布的多组反应单元和多组取热单元，以及隔热结构，所述催化剂装填于反应单元内，取热介质在取热单元内流动并吸收反应单元放出的热量；所述隔热结构设置于反应单元和取热单元之间，隔热结构与反应单元的接触面的温度高于甲烷氧化偶联反应起始温度，隔热结构与取热单元的接触面与取热单元内取热介质的温差为5～50℃。

本发明对所述隔热结构的材质和设置方式没有特别限定，只要能满足上述要求即可。可采用本领域各种隔热结构，例如，所述隔热结构可使用耐火材料作为主要构建材料，耐火材料可选的如刚玉耐火砖等。

本发明对所述反应单元和取热单元的布置方式没有特别限定，所述反应单元和取热单元的布置方式可使得混合气与取热介质并流、逆流或错流，优选为逆流。

根据本发明，优选地，所述取热介质选自熔盐、水、蒸汽、热油和富甲烷气体中的至少一种。

进一步地，吸收热量后的取热介质在热量回收装置内回收。

根据本发明，优选地，所述反应所需温度为450～950℃，进一步优选为600～950℃；所述取热介质优选为水和蒸汽,；其次为熔盐。

根据本发明，所述达到反应所需温度可通过加热混合气实现，也可以通过单独预热富甲烷气体，预热后的富甲烷气体再与富氧气体混合实现。

根据本发明一种优选实施方式，甲烷氧化偶联反应后的产品气进入裂解单元，为送入裂解单元的烃类提供热量使其发生裂解反应，同时产品气进一步降温。所述裂解单元可以单独设置，设置于恒温反应器下游；也可以设置于恒温反应器内，设置于所述反应单元和取热单元的下游。

进一步地，所述送入裂解单元的烃类包括乙烷、丙烷、LPG和石脑油中的至少一种。所述裂解单元内优选设置有气体分布器，使送入裂解单元的烃类分布均匀。

根据本发明，反应器出口物料优选进入急冷系统降温。具体地，所述急冷系统所用的急冷介质选自水、蒸汽、氮气和CO₂中的至少一种。急冷系统可采用间壁换热降温或直接接触降温。

根据本发明，优选地，所述富甲烷气体中甲烷的体积含量>50％，优选体积含量>90％，所述富甲烷气体优选为天然气和/或页岩气；所述富氧气体中氧气的体积含量为12～100％。

本发明的有益效果在于：①床层反应温度恒定，可以控制在最佳反应温度；②由于床层基本没有温升，催化剂性能保持稳定；③反应在稳定条件下进行，可以延长催化剂的寿命。

本发明的其它特征和优点将在随后

具体实施方式

部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。

图1示出了本发明一种氧化偶联反应结合裂解工艺的示意图。

图2示出了本发明另一种氧化偶联反应结合裂解工艺的示意图。

附图标记说明

1-富甲烷气；2-氧气；3-混合气；4-反应出料；5-急冷后反应出料；6、锅炉给水；7、蒸汽；8、裂解原料烃。

11-烷氧混合器；12-加热器；13-取热单元；14-反应单元；15-裂解单元；16-急冷换热器；17-分布器。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

本发明一种具体实施方式如图1所示，富甲烷气与富氧气体进入烷氧混合器11，在烷氧混合器11内富甲烷气与富氧气体混合均匀，得到的混合气进入加热器12，在加热器12内，物料被加热到反应所需温度。加热后的物料进入装有催化剂的反应单元14(可为多个，图中仅示出一个)，在反应单元14内，甲烷与氧发生氧化偶联反应。反应放出的热量由取热介质在取热单元13(可为多个，图中仅示出一个)内取出。离开反应单元14的氧化偶联反应出料进入裂解单元15，在裂解单元15内，裂解原料被高温氧化偶联反应出料加热升温，并发生裂解反应；氧化偶联反应出料经裂解单元15冷却后进入急冷系统进一步冷却。

通过以下实施例对本发明进行更详细的说明。

实施例1

如图2所示，预热后的富甲烷气1(天然气，甲烷含量为96mol％)与氧气2在烷氧混合器11中，得到混合气3，所述混合气3利用加热器12(电加热器)升温至810℃，进入装有催化剂的恒温反应器，进行甲烷氧化偶联反应，恒温反应器内设置有间隔排列的多组反应单元14和取热单元13，反应单元14内装有催化剂，甲烷与氧气在催化剂作用下反应；取热介质为锅炉给水6，利用高压(压力12MPa)水气化取热。混合气3与取热介质为逆流，反应热通过取热介质吸收从而保持工艺侧反应温度维持在反应所需温度；发生的蒸汽7经过热后送出。恒温反应器内设置有隔热结构，所述隔热结构设置于反应单元14和取热单元13之间(未示出)，隔热结构与反应单元14的接触面的温度高于甲烷氧化偶联反应起始温度，隔热结构与取热单元13的接触面与取热单元13内取热介质的温差为10℃。

反应单元下游设置裂解单元15，甲烷氧化偶联反应后的产品进入裂解单元15，裂解原料烃8(乙烷)进入裂解单元15内并由分布器17使其分布均匀。甲烷氧化偶联反应后的产品气为送入裂解单元15的烃类提供热量使其发生裂解反应，同时产品气进一步降温。裂解反应后的物料与氧化偶联反应后的产品气即反应出料4一起送入急冷换热器16降温到350℃左右以抑制副反应，急冷介质为锅炉给水6，得到急冷后反应出料5。

通过上述设置，反应器实现恒温，床层温度恒定，延长了催化剂的使用寿命。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。