阅读说明：本技术 一种生产烃类的方法 (Method for producing hydrocarbons ) 是由 刘罡 孙丽丽 王振维 盛在行 聂毅强 李少鹏 丁利伟 赵百仁 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,涉及一种生产烃类的方法。该方法包括：将富甲烷气体与富氧气体混合形成原料气,所述原料气在固定床反应器中在催化剂作用下发生氧化偶联反应,得到反应产品气；其中,所述固定床反应器采用多段催化剂床层串联,相邻两段催化剂床层之间设置1～3级取热措施,其中至少1级取热措施采用蛇管取热；至少一段催化剂床层处设置有注入口,注入物料包括富氧气体以及可选的以下物质：富甲烷气体、CO、惰性气体、水；注入口注入的所述富氧气体自注入至到达催化剂床层的停留时间不大于100ms。采用本发明的方案,可以保证每段床层的反应条件均在合适的范围内,既提高了目标产品的总体收率也利于操作与控制。(The invention belongs to the field of petrochemical industry, and relates to a method for producing hydrocarbons. The method comprises the following steps: mixing methane-rich gas and oxygen-rich gas to form raw material gas, wherein the raw material gas is subjected to oxidative coupling reaction in a fixed bed reactor under the action of a catalyst to obtain reaction product gas; the fixed bed reactor adopts a plurality of sections of catalyst bed layers which are connected in series, 1-3 stages of heat taking measures are arranged between two adjacent sections of catalyst bed layers, wherein at least 1 stage of heat taking measures adopts a coil for heat taking; at least one section of catalyst bed layer is provided with an injection port, and injected materials comprise oxygen-enriched gas and optional following substances: methane-rich gas, CO, inert gas, water; the residence time of the oxygen-enriched gas injected from the injection port to reach the catalyst bed is not more than 100 ms. By adopting the scheme of the invention, the reaction conditions of each section of bed layer can be ensured to be in a proper range, thereby not only improving the overall yield of the target product, but also being beneficial to operation and control.)

一种生产烃类的方法

技术领域

本发明属于石油化工领域，更具体地，涉及一种生产烃类的方法。

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成乙烯催化剂。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。该技术使用于催化剂寿命延长，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。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产烃类的方法，具体为提供一种可靠的将甲烷转化为富含高附加值烃类如乙烯等组分的产品的技术方案。

为了实现上述目的，本发明提供一种生产烃类的方法，该方法包括：将富甲烷气体与富氧气体混合形成原料气，所述原料气在固定床反应器中在催化剂作用下发生氧化偶联反应，得到至少包含CO、CO₂、乙烯、乙烷、碳三及以上组分的反应产品气；其中，

所述固定床反应器采用多段催化剂床层串联，相邻两段催化剂床层之间设置1～3级取热措施，其中至少1级取热措施采用蛇管取热；

至少一段催化剂床层处设置有注入口，一般地，优选在全部催化剂床层处均设置有注入口，也可以在除第一催化剂床层外的其他所有催化剂床层处设置注入口；注入物料包括富氧气体以及可选的以下物质：富甲烷气体、CO、惰性气体、水；注入口注入的所述富氧气体自注入至到达床层的停留时间不大于100ms，优选地，注入口注入的所述富氧气体自注入至到达床层的停留时间不大于50ms。

通过设置注入口可进行物料分段注入，从而实现对工艺条件的灵活控制。发明人经过研究发现，注入口的具体设置位置对于反应有较大影响，相比设置于反应器入口处的方式，将所述注入口设置于靠近催化剂床层处可更好地实现对工艺条件的控制，继而提高甲烷转化率和乙烯选择性。所述“靠近催化剂床层处”既包括位于催化剂床层外的靠近催化剂床层处，也包括位于催化剂床层内的靠近催化剂床层处。具体地，所述注入口的设置位置以满足上述停留时间为限。通过控制上述停留时间，可减少甲烷燃烧带来的原料损失，同时加速反应进程，显著降低热***风险，提高工艺安全性。

根据本发明，优选地，所述富甲烷气体与富氧气体的混合温度为20～900℃。

根据本发明，优选地，所述氧化偶联反应的温度为600～1100℃，压力为0.01～1.5MPaG，优选为0.05～0.7MPaG。

根据本发明，优选地，原料气自上而下流动，体积空速为5000～49900h^-1。根据本发明的工艺方法，可采用较低的体积空速。OCM反应为强放热反应，反应热的取出直接影响反应效果，较低的体积空速可以更有利用于工业实践中控温措施的实施。

本发明对催化剂床层的段数没有特别的限定，优选地，所述多段催化剂床层的段数为2～6段。根据本发明，“相邻两段催化剂床层之间”既包括相邻两段催化剂床层之外的空间，也包括催化剂床层内部的空间，因此，所述取热措施的实施位置可位于催化剂床层外部和/或催化剂床层内部。

根据本发明一种优选的实施方式，所述取热措施为换热器取热，所用的取热介质选自以下物质中的至少一种：水、蒸汽、原料气、反应产品气、惰性物质、熔融盐。所述蛇管取热即采用换热管为蛇管形式的换热器取热。

根据本发明另一种优选的实施方式，所述取热措施为直接注入低温物料取热，所用的低温物料选自以下物质中的至少一种：水、蒸汽、原料气、反应产品气、惰性物质。

根据本发明，优选地，各段催化剂床层入口处甲烷与氧气的体积比为0.1：1～80：1。可通过在催化剂床层间注入富甲烷气体和/或富氧气体以实现各段催化剂床层入口处的烷氧比均在上述比例范围内，从而可在提高反应产率的同时维持反应的稳定性，使反应体系更加安全。

根据本发明，优选地，反应产品气中未反应的甲烷、生成的CO、乙烷中的至少一种返回反应系统继续参与反应。

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％，进一步优选所述富甲烷气体为天然气和/或页岩气；所述富氧气体中氧气的体积含量优选为12～100％。

根据本发明，优选地，所述固定床反应器内设置有隔热结构；所述隔热结构用于分隔高温区域与低温区域。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，将反应器内高温区域与外壁、取热结构、管线等低温区域分隔。

本发明的有益效果在于：采用本发明的方案，可以保证每段床层的反应条件均在合适的范围内，既提高了目标产品的总体收率也利于操作与控制。由于设置特定的取热手段，在实现对反应条件控制的同时也可以用于在反应出现飞温时的及时撤热，提高了系统的安全性。此外，本发明的方法避免了复杂的换热部件，采用结构简单的蛇管换热器，在解决管线热膨胀问题的同时还降低了设备成本。

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示出了反应原料为甲烷、氧，三段反应并配有段间补氧的反应方案的示意图。

图2示出了反应原料为甲烷、氧，两段反应并配有段间补甲烷、氧的反应方案的示意图。

图3示出了反应原料为甲烷、氧，两段反应并配有段间补甲烷、氧同时配有蒸汽控温的反应方案的示意图。

附图标记说明

S1、原料气；S2、锅炉给水；S3、蒸汽；S4、氧气；S5、反应产品气；S6、甲烷和氧气；S7、水蒸气。

1、催化剂床层；2、蛇管换热器；3、注入口。

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。

实施例1

本实施例涉及一种生产烃类的方法，如图1所示，将天然气(其中甲烷含量为95％)与氧气混合形成原料气S1，混合温度为650℃；在固定床反应器中在OCM催化剂作用下发生氧化偶联反应，得到至少包含CO、CO₂、乙烯、乙烷、碳三及以上组分的反应产品气S5，反应产品气S5中未反应的甲烷、生成的CO、乙烷中的至少一种返回反应系统继续参与反应；反应器采用3段催化剂床层1串联，原料气自上而下流动，体积空速为10000h^-1，所述氧化偶联反应的温度为800℃，压力为0.15MPaG，各段床层入口处甲烷与氧气的体积比为1.2：1；所述固定床反应器内设置有隔热结构(未示出)，用于分隔高温区域与低温区域；相邻两段催化剂床层之间设置3级取热措施，第1级取热措施位于催化剂床层内部，为换热器取热(未示出)，所用的取热介质为水，第2级取热措施位于催化剂床层内部，为直接注入低温物料取热(未示出)，所用的低温物料为水蒸气；第3级取热措施位于催化剂床层外部，采用蛇管换热器2取热，蛇管换热器2中进料为锅炉给水S2，出料为蒸汽S3；第二、第三段催化剂床层处均设置有注入口3，所述注入口靠近催化剂床层设置，注入物料为氧气S4，氧气自注入至到达床层的停留时间为80ms。

该实施例中，甲烷转化率为30％，乙烯选择性为60％。

实施例2

采用跟实施例1相同的生产烃类的方法，不同之处在于，采用如图2所示的工艺流程。反应器采用2段催化剂床层1串联，靠近第二段催化剂床层处设置有注入口3，注入物料为甲烷和氧气S6，其中的氧气自注入至到达床层的停留时间为90ms。

该实施例中，甲烷转化率为30％，乙烯选择性为60％。

实施例3

采用跟实施例1相同的生产烃类的方法，不同之处在于，采用如图3所示的工艺流程。反应器采用2段催化剂床层1串联，第2级取热措施位于催化剂床层外部，采用蛇管换热器2取热，第3级取热措施为直接注入低温物料取热，所用的低温物料为水蒸气S7，靠近第二段催化剂床层处设置有注入口3，注入物料为甲烷和氧气S6，其中的氧气自注入至到达床层的停留时间为40ms。

该实施例中，甲烷转化率为35％，乙烯选择性为65％。

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。