專利名稱：一種二段床反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及化學反應器，特別提供了一種用于兩個催化反應隅合過程的二段床反應器。
天然氣直接轉化制乙烯是天然氣高效利用的途徑之一，最先由Keller和Bhasin于1982年提出甲烷氧化偶聯(lián)法。由于甲烷氧化偶聯(lián)反應需在750℃以上的高溫下進行，同時又是一個強放熱反應，而且完全氧化產(chǎn)物二氧化碳無法避免，致使碳二烴收率難以突破25％的限制，尾氣中乙烯濃度僅～5％(mol％)，一直難以向工業(yè)邁進。中科院大連化物所和中科院金屬所在中國專利98121137.2中提出的由天然氣直接轉化制乙烯新流程，具有能量利用合理，原料利用率高，尾氣中乙烯含量高等顯著特點。在該流程中，甲烷氧化偶聯(lián)系放熱反應，而乙烷二氧化碳氧化脫氫反應屬吸熱反應，前一反應不僅為后一反應提供熱，還提供原料--二氧化碳，最終產(chǎn)物中乙烯濃度大于12％，但是到目前為止，尚沒有適合上述反應過程的反應器。
本實用新型的目的在于提供一種二段床反應器，特別適用于甲烷、乙烷直接轉化制乙烯過程，可以使兩個催化反應在同一個反應器內(nèi)進行，從而使反應設計和能量利用更為合理。
本實用新型提供了一種二段床反應器，適合于甲烷、乙烷直接轉化制乙烯過程，其特征在于該反應器具有兩個分離的反應原料氣入口E1(1)、E2(2)和一個最終反應產(chǎn)物出口T(3)；1～200根列管(4)將反應器內(nèi)部分隔為管程(5)和殼程(6)兩個流體空間，管程(5)和殼程(6)在氣路上串聯(lián)，氣路的兩個末端分別為第一種反應原料氣入口E1(1)和最終反應物出口T(3)，管程(5)和殼程(6)的串聯(lián)處設置第二種反應原料氣入口E2(2)；管程(5)和殼程(6)中分別裝置兩個反應的兩種催化劑。
本實用新型所提供的反應器可以有兩種不同的結構形式，第一種是管程(5)的出口處設置原料氣入口E1(1)，管程(5)內(nèi)裝置第一段反應催化劑V1；殼程(6)的出口設置反應產(chǎn)物出口T(3)，殼程(6)中裝置第二段反應催化劑V2。上述第一種原料氣入口E1(1)與第二種原料氣入口E2(2)在反應器軸向上對置，最終反應產(chǎn)物出口T(3)設置在反應器側壁。
第二種是殼程(6)的出口處設置原料氣入口E1(1)，殼程(6)內(nèi)裝置第一段反應催化劑V1；管程(5)的出口設置反應產(chǎn)物出口T(3)，管程(5)中裝置第二段反應催化劑V2。上述反應產(chǎn)物出口T(3)與第二種原料氣入口E2(2)在反應器軸向上對置，第一種反應氣入口E12(1)設置在反應器側壁。
本實用新型用于甲烷、乙烷直接轉化制乙烯過程時，第一種原料氣入口E1(1)通過含甲烷、氧混合氣，第二種原料氣入口E2通入含乙烷氣；V1為甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑，V2為乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑。
本實用新型反應器具有下述優(yōu)點1.在一個整體反應器中平行存在兩個催化劑裝填空間，可以分別裝填甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑和乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑。
2.同一反應器中順次發(fā)生甲烷氧化偶聯(lián)反應和乙烷二氧化碳氧化脫氫反應，并進行質量傳遞，沒有氧化偶聯(lián)產(chǎn)物分離這個中間過程。
3.兩催化劑裝填空間的氣路串聯(lián)連通處，存在含乙烷氣體進料口。含乙烷氣體與經(jīng)過前段催化劑床層的反應產(chǎn)物并流混合，進入后段催化劑床層。氣流不返混。
4.兩催化劑裝填空間的熱交換，不僅可以通過反應物作為傳熱工質傳遞熱量，還通過催化劑裝填空間之間的管壁進行熱量傳導。
5.反應器可為絕熱反應器或恒溫反應器。
6.該反應器使用適應于天然氣直接轉化制乙烯新流程。
下面通過附圖詳述本實用新型。
附


圖1為單套管式反應器A示意圖。
附圖2為單套管式反應器B示意圖。
附圖3為列管式反應器示意圖。
實施例1單套管式反應器根據(jù)含甲烷與氧氣體進料口E1和最終產(chǎn)物出口T的位置以及催化劑的裝填，單套管式反應器又分為兩種結構，即附
圖1、2所示的單套管式反應器A和單套管式反應器B。單套管式反應器A中，含甲烷與氧氣體由內(nèi)外管夾層即殼程的底部端口進料，最終反應產(chǎn)物從內(nèi)管即管程的一端口流出，甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑置于內(nèi)外管的夾層中，乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑置于內(nèi)管中。單套管式反應器B中，含甲烷與氧氣體由內(nèi)管的一端口進料，最終反應產(chǎn)物從內(nèi)外管夾層的底部端口流出，甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑置于內(nèi)管中，乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑置于內(nèi)外管的夾層中。
實施例2根據(jù)含甲烷與氧氣體進料口E1和最終產(chǎn)物出口T的位置以及催化劑的裝填，列管式反應器也可分為兩種方式，但這兩種方式的反應器結構是相同的。方式A中，含甲烷與氧氣體由與列管間空腔即殼程相通的側端口進料，最終反應產(chǎn)物從與列管相通即管程的底部端口流出，甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑置于若干根列管間的空腔中，乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑置于若干根列管中。方式B中，含甲烷與氧氣體由與若干根列管相通的底部端口進料，最終反應產(chǎn)物從與列管間空腔相通的側端口流出，甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑置于若干根列管中，乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑置于若干根列管間的空腔中。圖3所示為方式B。
該反應器在軸向位置上，使甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑床層和乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑床層兩端保持一致。
反應器中氣體流向是含甲烷與氧氣體由進料口E1進入甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑床層，與甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑接觸后，氧化偶聯(lián)反應產(chǎn)物不經(jīng)分離與換熱，直接與由進料口E2進入的含乙烷氣體并流混合流進乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑床層，最終反應產(chǎn)物由反應器出口T流出。甲烷氧化偶聯(lián)反應為乙烷二氧化碳氧化脫氫的反應物。甲烷氧化偶聯(lián)反應催化床層的反應熱不僅通過氣流攜出傳遞給乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化床層，而且通過裝填空間V1和V2之間的管壁傳導，致使甲烷氧化偶聯(lián)反應放出的大量熱可迅速移走，且對乙烷二氧化碳氧化脫氫這個吸熱反應能快速補熱。
該反應器使用適應于天然氣直接轉化制乙烯新流程，反應溫度在600～1000℃之間，反應壓力在0.1～3.0MPa之間。反應器材質既可為高溫合金，也可為高溫陶瓷或石英玻璃。
實施例3采用單套管式反應器A，將1.5ml甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑(La/CaO+助劑)和3ml乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑(中國專利95111957.5，95113951.7，96115387.3公開的催化劑)分別裝填于V1和V2中。在氮氣氣氛中，將催化劑加熱到775℃。然后關閉氮氣，并通入120ml/min的甲烷與氧混合氣(甲烷/氧＝2)和20ml/min的乙烷，獲得的乙烯收率為19.5％，尾氣中乙烯濃度為11.8mol％。反應體系壓力為常壓。
實施例4采用單套管式反應器B，將1.5ml甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑(La/CaO+助劑)和3ml乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑(中國專利95111957.5，95113951.7，96115387.3公開的催化劑)分別裝填于V1和V2中。在氮氣氣氛中，將催化劑加熱到800℃。然后關閉氮氣，并通入200ml/min的甲烷與氧混合氣(甲烷/氧＝4)和20ml/min的乙烷，獲得的乙烯收率為14.6％，尾氣中乙烯濃度為8.3mol％。反應體系壓力為常壓。
實施例5采用列管式反應器，將15ml甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑(La/CaO+助劑)和30ml乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑(中國專利95111957.5，95113951.7，96115387.3公開的催化劑)分別裝填于V1和V2中。在氮氣氣氛中，將催化劑加熱到775℃。然后關閉氮氣，并通入2000ml/min的甲烷與氧混合氣(甲烷/氧＝4)和130ml/min的乙烷，獲得的乙烯收率為12.8％，尾氣中乙烯濃度為7.2mol％。反應體系壓力為常壓。
權利要求1.一種二段床反應器，適合于甲烷、乙烷直接轉化制乙烯過程，其特征在于該反應器具有兩個分離的反應原料氣入口E1(1)、E2(2)和一個最終反應產(chǎn)物出口T(3)；1～200根列管(4)將反應器內(nèi)部分隔為管程(5)和殼程(6)兩個流體空間，管程(5)和殼程(6)在氣路上串聯(lián)，氣路的兩個末端分別為第一種反應原料氣入口E1(1)和最終反應物出口T(3)，管程(5)和殼程(6)的串聯(lián)處設置第二種反應原料氣入口E2(2)；管程(5)和殼程(6)中分別設置兩個反應的兩種催化劑。
2.按照權利要求1所述二段床反應器，其特征在于管程(5)的出口處設置原料氣入口E1(1)，管程(5)內(nèi)裝置第一段反應催化劑V1；殼程(6)的出口設置反應產(chǎn)物出口T(3)，殼程(6)中裝置第二段反應催化劑V2。
3.按照權利要求1所述二段床反應器，其特征在于第一種原料氣入口E1(1)與第二種原料氣入口E2(2)在反應器軸向上對置，最終反應產(chǎn)物出口T(3)設置在反應器側壁。
4.按照權利要求1所述二段床反應器，其特征在于殼程(6)的出口處設置原料氣入口E1(1)，殼程(6)內(nèi)裝置第一段反應催化劑V1；管程(5)的出口設置反應產(chǎn)物出口T(3)，管程(5)中裝置第二段反應催化劑V2。
5.按照權利要求1所述二段床反應器，其特征在于上述反應產(chǎn)物出口T(3)與第二種原料氣入口E2(2)在反應器軸向上對置，第一種反應氣入口E13(1)設置在反應器側壁。
6.按照權利要求1、2、3、4或5所述二段床反應器，其特征在于第一種原料氣入口E1(1)通過含甲烷、氧混合氣，第二種原料氣入口E2通入含乙烷氣；V1為甲烷氧化偶聯(lián)反應催化劑，V2為乙烷二氧化碳氧化脫氫反應催化劑。
7.按照權利要求1、2、3、4或5所述二段床反應器，其特征在于列管(4)數(shù)為1根。
8.按照權利要求6、7所述二段床反應器，其特征在于列管(4)數(shù)為1根。
專利摘要一種二段床反應器,適合于甲烷、乙烷直接轉化制乙烯過程,其特征在于:該反應器具有兩個分離的反應原料氣入口E
文檔編號B01J8/04GK2358987SQ9922302
公開日2000年1月19日 申請日期1999年3月10日 優(yōu)先權日1999年3月10日
發(fā)明者田志堅, 張勁松, 朱愛民, 徐竹生, 楊永進, 曹麗華, 曹小明, 林勵吾 申請人:中國科學院大連化學物理研究所, 中國科學院金屬研究所