一種實現反應再生的由乙炔生產輕質芳烴的裝置和方法與流程
2024-03-26 19:02:05 2
本發明屬於化工技術領域，並且更具體地，涉及一種實現反應再生的由乙炔生產輕質芳烴的裝置和方法。
背景技術：
苯、甲苯和二甲苯等輕質芳烴為最重要的化工基礎原料之一，廣泛應用於生產橡膠、纖維、塑料和染料等化工產品。目前，芳烴主要來源於石油化工中的催化重整和烴類熱解，但是目前石油資源越來越匱乏，因此，開發其他路徑生產輕質芳烴勢在必行。
我國能源格局富煤、少油、貧氣，2015年煤炭佔一次能源消費比重的63.8％。從國家能源安全角度出發，應發展以煤炭為原料的能源化工行業。北京神霧集團開發的新電石技術，可將中低階煤炭通過分質梯級利用，生產化工原料乙炔。若能利用由煤炭生產的乙炔製備輕質芳烴，則能解決石油資源匱乏和芳烴需求增加的矛盾，具有重要的現實意義。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明的目的主要是解決石油資源匱乏和芳烴需求增長的問題，提供一種耦合熱反應和催化反應、並能實現在線去除積炭的由乙炔生產輕質芳烴的裝置和方法。
根據本發明的一方面，提供一種實現反應再生的由乙炔生產輕質芳烴的方法，該方法包括輕質芳烴生產工藝和催化劑再生工藝，在輕質芳烴生產工藝連續進行一段時間後進行催化劑再生工藝，待催化劑再生工藝結束後重複輕質芳烴生產工藝，其中：
輕質芳烴的生產工藝包括：
將反應氣乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳通入反應套管中，依次經過反應套管內的預熱區、熱反應區、蓄熱區、催化反應區和冷卻區，反應氣在預熱區升溫至熱反應溫度，在熱反應區發生熱反應，熱反應後的產物在蓄熱區降溫至催化反應溫度，在催化反應區發生催化反應得到輕質芳烴，並在冷卻區進行冷卻；
催化劑再生工藝包括：
停止通入反應氣，向反應套管中通入氮氣進行氮氣吹掃，再通入水蒸氣與積炭反應，最後通入氫氣還原催化劑。
根據本發明的一個實施例，反應氣乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的進料體積比為：(1-2)：(1-4)：(1-2)：(1-3)：(0.5-1)。
根據本發明的一個實施例，在輕質芳烴生產工藝中，發生熱反應的溫度為850℃-1000℃，進行催化反應的溫度為350℃-550℃。
根據本發明的一個實施例，在催化劑再生工藝中，通入水蒸氣時，熱反應區溫度為1000℃以上；通入氫氣時，還原的溫度為350-550℃。通入水蒸氣目的是為了使水蒸氣與積炭反應除去積炭，所以通入水蒸氣時熱反應區溫度優選為1000℃-1200℃。
根據本發明的一個實施例，反應進料空速為2000～6000h-1。
根據本發明的一個實施例，在催化劑再生工藝中，水蒸氣與積炭反應產生的氫氣作為輕質芳烴生產工藝的反應氣循環利用。
根據本發明的一個實施例，在輕質芳烴生產工藝中，將輕質芳烴冷卻降溫至200℃以下。這裡冷卻後的溫度只要保證輕質芳烴被冷卻為液相即可，優選冷卻至40℃-200℃。
根據本發明的另一方面，還提供一種採用上述方法生產輕質芳烴的裝置，該裝置包括：氮氣罐、進料管線、氣體分布器、第一密封元件、反應套管、加熱爐、出料管線和第二密封元件，其中：
氮氣罐用於向進料管線中通入氮氣；進料管線設置有入口和出口並且用於向反應套管中通入反應氣、氮氣和水蒸氣；氣體分布器設置在反應套管的內部且位於反應套管的上端並且與進料管線的出口連通；第一密封元件設置在進料管線與反應套管的連接處；反應套管內填充陶瓷蜂窩體，反應套管貫穿加熱爐，加熱爐正對反應套管的中部加熱，以使反應套管內根據溫度場從上至下劃分為預熱區、熱反應區、蓄熱區、催化反應區和冷卻區；出料管線與反應套管的下端連通；第二密封元件設置在出料管線與反應套管的連接處。
根據本發明的一個實施例，該裝置還包括水蒸氣罐。
根據本發明的一個實施例，氣體分布器是多孔直管式分布器或擋板式分布器。
根據本發明的一個實施例，反應套管為內襯陶瓷的不鏽鋼反應管。這裡不鏽鋼反應管內襯採用陶瓷是因為反應溫度很高而陶瓷具有良好的耐高溫性能。
根據本發明的一個實施例，反應套管的內徑、反應套管的長度和加熱爐的長度的比例為(2-10)：70：40。
根據本發明的一個實施例，反應套管內催化反應區的陶瓷蜂窩體負載有金屬催化劑。
根據本發明的一個實施例，金屬催化劑為釕。
根據本發明的一個實施例，金屬催化劑含量為0.1％-5％。
根據本發明的一個實施例，預熱區、熱反應區、蓄熱區、催化反應區和冷卻區的長度比例為(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。
在本發明中，加熱爐正對反應套管的中部指的是加熱爐對應反應套管的中部，與反應套管上端之間的距離和下端之間的距離相同。這樣設置有利於保持反應溫度的恆定，且加熱爐在熱反應區中心位置設置控溫點。反應套管內填充陶瓷蜂窩體有利於保持反應套管內的溫度，因為陶瓷蜂窩體的熱容較大，蓄熱效果好。
在本發明中，催化反應區由陶瓷蜂窩體負載金屬後的整體式催化劑裝填而成，其中負載的金屬為釕。在催化反應區發生催化反應生成產物。
根據本發明的實施例，使用上述裝置生產輕質芳烴的裝置進行乙炔生產輕質芳烴工藝一段時間後，裝置內會產生積炭，從而堵塞裝置影響反應進行，為除去裝置內的積炭，申請人改進了工藝，先通入氮氣吹掃除去裝置內的反應氣氛，再通入水蒸氣高溫下與積炭反應在吹掃後將水蒸氣通入反應套管，升溫至1000℃以上優選為1000℃-1200℃，只要能保證在熱反應區水蒸氣與高溫的積炭接觸發生反應，生成氫氣和一氧化碳即可，反應結束後富餘部分水蒸氣；將得到的產物在反應套管的蓄熱區降溫至350℃-600℃進入催化反應區，並在催化劑的作用下使水蒸氣與一氧化碳發生轉換反應，生成二氧化碳和氫氣，反應套管出口所得的氫氣循環作為反應氣參與反應；待轉換反應結束後，通入氫氣，將催化劑進行還原使裝置內的催化劑再生。再生工藝之後，再通入反應氣進行輕質芳烴的連續生產。
通過採用上述技術方案，本發明相比於現有技術具有如下優點：
1)本發明解決了乙炔反應過程中的積炭問題，當積炭過多時，無需裝置停工，實現在線再生。
2)本發明通過耦合熱反應和催化反應，利用了熱反應的餘熱，提高了熱利用效率，同時提高了乙炔轉化率，增加了輕質芳烴收率，改善產物質量。
3)本發明採用陶瓷蜂窩體裝填，保證反應器內熱場的均勻性，同時防止催化區床層堵塞，壓降增加。
附圖說明
本發明的上述和/或附加的方面和優點在與附圖結合對實施例進行的描述中將更加明顯並容易理解，其中：
圖1示出了根據本發明的實施例的實現反應再生的由乙炔生產輕質芳烴的裝置的結構示意圖。
附圖標記說明
1進料管線、2第一密封元件、3氣體分布器、4反應套管、41預熱區、42熱反應區、43蓄熱區、44催化反應區、45冷卻區、5加熱爐、6出料管線、7第二密封元件、8氣體混合罐。
具體實施方式
應當理解，在示例性實施例中所示的本發明的實施例僅是說明性的。雖然在本發明中僅對少數實施例進行了詳細描述，但本領域技術人員很容易領會在未實質脫離本發明主題的教導情況下，多種修改是可行的。相應地，所有這樣的修改都應當被包括在本發明的範圍內。在不脫離本發明的主旨的情況下，可以對以下示例性實施例的設計、操作條件和參數等做出其他的替換、修改、變化和刪減。
如圖1所示，本發明提供一種實現反應再生的由乙炔生產輕質芳烴的方法，該方法包括輕質芳烴生產工藝和催化劑再生工藝，具體為：
輕質芳烴的生產工藝：將反應氣乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳按比例進行混合，並通入進料管線1至氣體分布器3；通過氣體分布器3的混合氣體在反應套管4的預熱區41升溫至熱反應溫度，在熱反應區42保持恆溫發生熱反應，反應溫度為850℃-1000℃，優選的反應溫度為880℃-920℃；發生熱反應後的產物通過反應套管4的蓄熱區43，在蓄熱區43產物的溫度從熱反應溫度降至催化反應溫度，到達催化反應區44，與催化劑接觸，在反應溫度為350℃-550℃條件下發生催化反應，製備得到產物輕質芳烴；得到的最終產物輕質芳烴在冷卻區45溫度降至200℃以下，然後通過出料管線6進入下遊裝置中；
催化劑再生工藝(在線再生過程)：在上述輕質芳烴生產工藝連續進行一段時間後，積炭增多，進行催化劑再生工藝。具體地，待輕質芳烴生產工藝進行一段時間後，停止通入反應氣，將氮氣通入進料管線1進行吹掃；在吹掃後將水蒸氣通入進料管線1至氣體分布器3進入反應套管4，並將水蒸氣在反應套管4的預熱區41升溫至1000℃以上；在熱反應區42，水蒸氣與高溫的積炭接觸發生反應，生成氫氣和一氧化碳，並富餘部分水蒸氣；將得到的產物在反應套管4的蓄熱區43降溫至350℃-600℃進入催化反應區44，並在催化劑的作用下使水蒸氣與一氧化碳發生轉換反應，生成二氧化碳和氫氣，反應套管4出口所得的氫氣循環作為反應氣參與反應；待轉換反應結束後，通入氫氣，將催化劑進行還原；
在催化劑再生工藝結束後，繼續通入反應氣，重複進行輕質芳烴生產工藝，從而實現連續生產輕質芳烴。
在上述方法的輕質芳烴生產工藝中，優選地，反應氣乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的進料體積比為：(1-2)：(1-4)：(1-2)：(1-3)：(0.5-1)。其中乙炔為主要反應氣；氫氣作為部分反應氣，同時抑制乙炔及芳烴的過分縮合，降低積炭；甲烷和一氧化碳可降低積炭的形成；二氧化碳作為稀釋氣，降低乙炔的分壓。
在上述方法的輕質芳烴生產工藝中，反應進料空速為2000～6000h-1。
在上述方法的催化劑再生工藝中，通入水蒸氣時，通入氫氣時，還原的溫度為350-550℃。
另外，再次參照圖1，採用上述方法連續生產輕質芳烴的裝置，包括：氮氣罐(未示出)、進料管線1、氣體分布器3、第一密封元件2、反應套管4、加熱爐5、出料管線6和第二密封元件7，其中：
氮氣罐用於向進料管線1中通入氮氣；進料管線1設置有入口和出口並且用於向反應套管1中通入反應氣、氮氣和水蒸氣；氣體分布器3設置在反應套管4的內部且位於反應套管4的上端並且與進料管線1的出口連通；第一密封元件2設置在進料管線1與反應套管4的連接處；反應套管4內填充陶瓷蜂窩體，反應套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對反應套管4的中部加熱，以使反應套管4內根據溫度場從上至下劃分為預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44和冷卻區45；出料管線6與反應套管4的下端連通；第二密封元件7設置在出料管線1與反應套管4的連接處。
在本發明的裝置中，優選地，該裝置還包括水蒸氣罐(未示出)。
在本發明的裝置中，優選地，氣體分布器3是多孔直管式分布器或擋板式分布器。
在本發明中，加熱爐5正對反應套管4的中部是指加熱爐5對應反應套管4的中部，與反應套管4上端之間的距離和下端之間的距離相同。這樣設置有利於保持反應溫度的恆定，且加熱爐5在熱反應區42的中心位置設置控溫點。反應套管4內填充陶瓷蜂窩體有利於保持反應套管4內的溫度，因為陶瓷蜂窩體的熱容較大，蓄熱效果好。
在本發明的裝置，該裝置還包括氣體混合罐8，該氣體混合罐8與進料管線1的入口連通。
在本發明的裝置中，優選地，反應套管4為內襯陶瓷的不鏽鋼反應套管4，反應套管4內填充陶瓷蜂窩體。由於反應氣在高溫條件下接觸不鏽鋼將發生大量副反應，因此，不鏽鋼反應套管4為內襯陶瓷的不鏽鋼反應套管，進料管線1和產物的出料管線6溫度宜控制在200℃以下。
在本發明的裝置中，優選地，不鏽鋼反應套管4的內徑、長度和加熱爐5的長度的比例為(2-10)：70：40。
在本發明的裝置中，氣體分布器3位於反應套管4最上端，可使反應氣體在反應套管4的徑向上分布均勻，由於進料端至反應套管4預熱區41為空心管，無固相或液相介質，故氣體分布器3可採用結構較為簡單的氣體分布器，如多孔直管式分布器，進料管延伸一定距離，在進料管下端側面開孔，開孔面積為進料管截面積的1～5倍，優選2～3倍；也可為擋板式分布器，由若干塊擋板交錯組成。
在本發明的裝置中，預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44和冷卻區45均由陶瓷蜂窩體裝填而成，蜂窩陶瓷體具有較高的蓄熱能力，可以提高能量利用效率，保證氣體在熱反應區有均勻的熱場。催化反應區44由陶瓷蜂窩體負載活性金屬後的整體式催化劑裝填而成，活性金屬為釕，負載量為0.1％～5％，更優選的負載量為0.5％～3.5％。所得的釕催化劑既能在反應過程中催化乙炔三聚生成苯等輕質芳烴，又能在催化劑再生工藝中催化一氧化碳和水蒸氣轉化制氫。催化反應區44不設單獨的控溫點，乙炔制芳烴反應為放熱反應，可利用熱反應區42氣體所帶出的餘熱，將催化劑裝填至溫度為350～600℃的區域。催化反應區44既能充分利用熱反應區的餘熱，又能通過催化反應提高乙炔轉化率，增加輕質芳烴的收率，改善熱反應所得液相產物的質量，進一步提高輕質芳烴收率。同時採用整裝的陶瓷蜂窩體作為載體，有利於減少流動阻力，避免催化劑裝填密度過大或積炭較多造成的催化劑床層堵塞。
在本發明的裝置中，優選地，預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44和冷卻區45的長度比例為(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。
另外，為實現乙炔制芳烴的連續生產過程，可將兩個或多個上述裝置並聯，互相切換輕質芳烴生產工藝和催化劑再生工藝。
下面參照具體實施例，對本發明進行說明。
實施例1
如圖1所示，一種實現反應再生的由乙炔生產輕質芳烴的裝置，包括進氣管線1、第一密封元件2、第二密封元件7、不鏽鋼反應套管4、氣體分布器3、加熱爐5和出料管線6，其中進料管線1設置有入口和出口；氣體分布器3設置在不鏽鋼反應套管4的內部且位於不鏽鋼反應套管4的上端並且與進料管線1的出口連通；第一密封元件2設置在進料管線1與不鏽鋼反應套管4的連接處；不鏽鋼反應套管4內填充陶瓷蜂窩體；不鏽鋼反應套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對不鏽鋼反應套管4的中部加熱，以使反應套管4內根據溫度場從上至下劃分為預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44和冷卻區45；出料管線6與不鏽鋼反應套管4的下端連通；第二密封元件7設置在出料管線6與不鏽鋼反應套管4的連接處。
採用的不鏽鋼反應套管4為內襯陶瓷的反應管，長度700mm，內徑20mm。加熱爐5為電加熱爐，長度400mm，加熱爐5上端距反應套管4上端150mm。氣體分布器3位於不鏽鋼反應套管4最上端。預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44、冷卻區45均由陶瓷蜂窩體組成，依次裝填至反應套管4從上至下的位置，長度分別為300mm、100mm、90mm、20mm和190mm。催化反應區44陶瓷蜂窩體負載有金屬催化劑釕，負載量為2.5％。
採用上述裝置製備輕質芳烴的方法包括輕質芳烴生產工藝和催化劑再生工藝，具體如下：
輕質芳烴生產工藝：將反應進料空速為2400h-1，體積含量分別為27％乙炔、24％氫氣、24％甲烷、12％一氧化碳和13％二氧化碳通入進料管線1至氣體分布器3，氣體通過氣體分布器3後在預熱區41氣體溫度由室溫升高至900℃，在熱反應區42保持900℃恆溫發生熱反應，反應後再經過反應套管4內的蓄熱區43，在蓄熱區43產物的溫度從900℃降低至550℃，到達催化反應區44，與催化劑接觸，在反應溫度為550℃條件下發生催化反應製備得到產物輕質芳烴，得到的最終產物在冷卻區45溫度降至200℃以下，然後通過出料管線6進入下遊裝置中；
催化劑再生工藝：在上述反應過程進行20h後，反應套管4內生產的積炭約33g，停止通入反應氣，將氮氣通入進料管線1進行吹掃0.5h；在吹掃後將空速為360h-1的水蒸氣通入進料管線1至氣體分布器3進入反應套管4，並將水蒸氣在反應套管4的預熱區41升溫至1100℃；在熱反應區42，水蒸氣與高溫的積炭接觸發生反應，生成氫氣和一氧化碳，並富餘部分水蒸氣；將得到的產物在反應套管4的蓄熱區43降溫至600℃進入催化反應區44，並在催化劑的作用下使水蒸氣與一氧化碳發生轉換反應，生成二氧化碳和氫氣，反應套管4出口所得的氫氣循環作為反應氣參與反應；待10h轉換反應結束後，通入氫氣，將反應套管4降溫，催化反應區溫度保持在350℃，氫氣空速為576h-1，催化劑在氫氣氛圍下進行還原，保持4h，還原結束；
在催化劑再生工藝結束後，通入氮氣吹掃0.5h，最後繼續通入反應氣，重複上述輕質芳烴生產工藝，從而實現連續生產輕質芳烴。
在上述方法的輕質芳烴生產工藝中，採用本裝置和工藝的檢測結果如表1所示。由表1可知，採用上述技術方案將所得產物經分離後計算得出，乙炔轉化率接近100％，液相收率為86％，液相產物中輕質芳烴(單環芳烴和雙環芳烴)收率為89％，焦炭收率小於2％。
實施例2
如圖1所示，一種實現反應再生的由乙炔生產輕質芳烴的裝置，包括進氣管線1、第一密封元件2、第二密封元件7、不鏽鋼反應套管4、氣體分布器3、加熱爐5和出料管線6，其中進料管線1設置有入口和出口；氣體分布器3設置在不鏽鋼反應套管4的內部且位於不鏽鋼反應套管4的上端並且與進料管線1的出口連通；第一密封元件2設置在進料管線1與不鏽鋼反應套管4的連接處；不鏽鋼反應套管4內填充陶瓷蜂窩體；不鏽鋼反應套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對不鏽鋼反應套管4的中部加熱，以使反應套管4內根據溫度場從上至下劃分為預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44和冷卻區45；出料管線6與不鏽鋼反應套管4的下端連通；第二密封元件7設置在出料管線6與不鏽鋼反應套管4的連接處。
採用的不鏽鋼反應套管4為內襯陶瓷的反應套管，長度1000mm，內徑50mm。加熱爐5為電加熱爐，長度570mm，加熱爐5上端距反應套管4上端215mm。氣體分布器3位於不鏽鋼反應套管4最上端。預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44、冷卻區45均由陶瓷蜂窩體組成，依次裝填至反應套管4從上至下的位置，長度分別為430mm、145mm、110mm、45mm和270mm。催化反應區44陶瓷蜂窩體負載有金屬催化劑釕，負載量為5％。
採用上述裝置製備輕質芳烴的方法包括輕質芳烴生產工藝和催化劑再生工藝，具體如下：
輕質芳烴生產工藝：將反應進料空速為3500h-1，體積含量分別為22％乙炔、20％氫氣、25％甲烷、10％一氧化碳和23％二氧化碳通入進料管線1至氣體分布器3，氣體通過氣體分布器3後在預熱區41氣體溫度由室溫升高至1000℃，在熱反應區42保持1000℃恆溫發生熱反應，反應後再經過反應套管4內的蓄熱區43，在蓄熱區43產物的溫度從1000℃降低至400℃，到達催化反應區44，與催化劑接觸，在反應溫度為400℃條件下發生催化反應製備得到產物輕質芳烴，得到的最終產物在冷卻區45溫度降至200℃以下，然後通過出料管線6進入下遊裝置中；
催化劑再生工藝：在上述反應過程進行15h後，反應套管內生產的積炭約140g，停止通入反應氣，將氮氣通入進料管線進行吹掃1h；在吹掃後將空速為175h-1的水蒸氣通入進料管線1至氣體分布器3進入反應套管4，並將水蒸氣在反應套管4的預熱區41升溫至1050℃以上；在熱反應區42，水蒸氣與高溫的積炭接觸發生反應，生成氫氣和一氧化碳，並富餘部分水蒸氣；將得到的產物在反應套管4的蓄熱區43降溫至400℃進入催化反應區44，並在催化劑的作用下使水蒸氣與一氧化碳發生轉換反應，生成二氧化碳和氫氣，反應套管4出口所得的氫氣循環作為反應氣參與反應；待8h轉換反應結束後，通入氫氣，將反應套管4降溫，催化反應區溫度保持在550℃，氫氣空速為875h-1，催化劑在氫氣氛圍下進行還原，保持4h，還原結束；
在催化劑再生工藝結束後，通入氮氣吹掃1h，最後繼續通入反應氣，重複上述輕質芳烴生產工藝，從而實現連續生產輕質芳烴。
在上述方法的輕質芳烴生產工藝中，採用本裝置和工藝的檢測結果如表1所示。由表1可知，採用上述技術方案將所得產物經分離後計算得出，乙炔轉化率接近100％，液相收率為90％，液相產物中輕質芳烴(單環芳烴和雙環芳烴)收率為92.3％，焦炭收率小於1％。
實施例3
如圖1所示，一種實現反應再生的由乙炔生產輕質芳烴的裝置，包括進氣管線1、第一密封元件2、第二密封元件7、不鏽鋼反應套管4、氣體分布器3、加熱爐5和出料管線6，其中進料管線1設置有入口和出口；氣體分布器3設置在不鏽鋼反應套管4的內部且位於不鏽鋼反應套管4的上端並且與進料管線1的出口連通；第一密封元件2設置在進料管線1與不鏽鋼反應套管4的連接處；不鏽鋼反應套管4內填充陶瓷蜂窩體；不鏽鋼反應套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對不鏽鋼反應套管4的中部加熱，以使反應套管4內根據溫度場從上至下劃分為預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44和冷卻區45；出料管線6與不鏽鋼反應套管4的下端連通；第二密封元件7設置在出料管線6與不鏽鋼反應套管4的連接處。
採用的不鏽鋼反應套管4為內襯陶瓷的反應套管，長度560mm，內徑80mm。加熱爐5為電加熱爐，長度320mm，加熱爐5上端距反應套管4上端120mm。氣體分布器3位於不鏽鋼反應套管4最上端。預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44、冷卻區45均由陶瓷蜂窩體組成，依次裝填至反應套管4從上至下的位置，長度分別為240mm、80mm、75mm、15mm和150mm。催化反應區44陶瓷蜂窩體負載有金屬催化劑釕，負載量為0.1％。
採用上述裝置製備輕質芳烴的方法包括輕質芳烴生產工藝和催化劑再生工藝，具體如下：
輕質芳烴生產工藝：將反應進料空速為2200h-1，體積含量分別為30％乙炔、20％氫氣、20％甲烷、15％一氧化碳和15％二氧化碳通入進料管線1至氣體分布器3，氣體通過氣體分布器3後在預熱區41氣體溫度由室溫升高至820℃，在熱反應區42保持820℃恆溫發生熱反應，反應後再經過反應套管4內的蓄熱區43，在蓄熱區43產物的溫度從820℃降低至350℃，到達催化反應區44，與催化劑接觸，在反應溫度為350℃條件下發生催化反應製備得到產物輕質芳烴，得到的最終產物在冷卻區45溫度降至200℃以下，然後通過出料管線6進入下遊裝置中；
催化劑再生工藝：在上述反應過程進行10h後，反應套管內生產的積炭約250g，停止通入反應氣，將氮氣通入進料管線進行吹掃1h；在吹掃後將空速為245h-1的水蒸氣通入進料管線1至氣體分布器3進入反應套管4，並將水蒸氣在反應套管4的預熱區41升溫至1200℃；在熱反應區42，水蒸氣與高溫的積炭接觸發生反應，生成氫氣和一氧化碳，並富餘部分水蒸氣；將得到的產物在反應套管4的蓄熱區降溫至350℃進入催化反應區44，並在催化劑的作用下使水蒸氣與一氧化碳發生轉換反應，生成二氧化碳和氫氣，反應套管4出口所得的氫氣循環作為反應氣參與反應；待6h轉換反應結束後，通入氫氣，將反應套管4降溫，催化反應區溫度保持在450℃，氫氣空速為550h-1，催化劑在氫氣氛圍下進行還原，保持4h，還原結束；
在催化劑再生工藝結束後，通入氮氣吹掃1h，最後繼續通入反應氣，重複上述輕質芳烴生產工藝，從而實現連續生產輕質芳烴。
在上述方法的輕質芳烴生產工藝中，採用本裝置和工藝的檢測結果如表1所示。由表1可知，採用上述技術方案將所得產物經分離後計算得出，乙炔轉化率接近90％，液相收率為75％，液相產物中輕質芳烴(單環芳烴和雙環芳烴)收率為84％，焦炭收率小於2.5％。
實施例4
如圖1所示，一種實現反應再生的由乙炔生產輕質芳烴的裝置，包括進氣管線1、第一密封元件2、第二密封元件7、不鏽鋼反應套管4、氣體分布器3、加熱爐5和出料管線6，其中進料管線1設置有入口和出口；氣體分布器3設置在不鏽鋼反應套管4的內部且位於不鏽鋼反應套管4的上端並且與進料管線1的出口連通；第一密封元件2設置在進料管線1與不鏽鋼反應套管4的連接處；不鏽鋼反應套管4內填充陶瓷蜂窩體；不鏽鋼反應套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對不鏽鋼反應套管4的中部加熱，以使反應套管4內根據溫度場從上至下劃分為預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44和冷卻區45；出料管線6與不鏽鋼反應套管4的下端連通；第二密封元件7設置在出料管線6與不鏽鋼反應套管4的連接處。
採用的不鏽鋼反應套管4為內襯陶瓷的反應套管，長度700mm，內徑30mm。加熱爐5為電加熱爐，長度400mm，加熱爐5上端距反應套管4上端150mm。氣體分布器3位於不鏽鋼反應套管4最上端。預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44、冷卻區45均由陶瓷蜂窩體組成，依次裝填至反應套管4從上至下的位置，長度分別300mm、100mm、80mm、30mm和190mm。催化反應區44陶瓷蜂窩體負載有金屬催化劑釕，負載量為3.2％。
採用上述裝置製備輕質芳烴的方法包括輕質芳烴生產工藝和催化劑再生工藝，具體如下：
輕質芳烴生產工藝：將反應進料空速為6000h-1，體積含量分別為27％乙炔、25％氫氣、24％甲烷、11％一氧化碳和13％二氧化碳通入進料管線1至氣體分布器3，氣體通過氣體分布器3後在預熱區41氣體溫度由室溫升高至850℃，在熱反應區42保持850℃恆溫發生熱反應，反應後再經過反應套管4內的蓄熱區43，在蓄熱區43產物的溫度從850℃降低至500℃，到達催化反應區44，與催化劑接觸，在反應溫度為500℃條件下發生催化反應製備得到產物輕質芳烴，得到的最終產物在冷卻區45溫度降至200℃以下，然後通過出料管線6進入下遊裝置中；
催化劑再生工藝：在上述反應過程進行20h後，反應套管內生產的積炭約140g，停止通入反應氣，將氮氣通入進料管線進行吹掃0.5h；在吹掃後將空速為706h-1的水蒸氣通入進料管線1至氣體分布器3進入反應套管4，並將水蒸氣在反應套管4的預熱區41升溫至1100℃；在熱反應區42，水蒸氣與高溫的積炭接觸發生反應，生成氫氣和一氧化碳，並富餘部分水蒸氣；將得到的產物在反應套管4的蓄熱區降溫至450℃進入催化反應區44，並在催化劑的作用下使水蒸氣與一氧化碳發生轉換反應，生成二氧化碳和氫氣，反應套管4出口所得的氫氣循環作為反應氣參與反應；待10h轉換反應結束後，通入氫氣，將反應套管4降溫，催化反應區溫度保持在500℃，氫氣空速為254h-1，催化劑在氫氣氛圍下進行還原，保持6h，還原結束；
在催化劑再生工藝結束後，通入氮氣吹掃0.5h，最後繼續通入反應氣，重複上述輕質芳烴生產工藝，從而實現連續生產輕質芳烴。
在上述方法的輕質芳烴生產工藝中，採用本裝置和工藝的檢測結果如表1所示。由表1可知，採用上述技術方案將所得產物經分離後計算得出，乙炔轉化率接近99％，液相收率為87％，液相產物中輕質芳烴(單環芳烴和雙環芳烴)收率為91％，焦炭收率小於1.5％。
實施例5
如圖1所示，一種實現反應再生的由乙炔生產輕質芳烴的裝置，包括進氣管線1、第一密封元件2、第二密封元件7、不鏽鋼反應套管4、氣體分布器3、加熱爐5和出料管線6，其中進料管線1設置有入口和出口；氣體分布器3設置在不鏽鋼反應套管4的內部且位於不鏽鋼反應套管4的上端並且與進料管線1的出口連通；第一密封元件2設置在進料管線1與不鏽鋼反應套管4的連接處；不鏽鋼反應套管4內填充陶瓷蜂窩體；不鏽鋼反應套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對不鏽鋼反應套管4的中部加熱，以使反應套管4內根據溫度場從上至下劃分為預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44和冷卻區45；出料管線6與不鏽鋼反應套管4的下端連通；第二密封元件7設置在出料管線6與不鏽鋼反應套管4的連接處。
採用的不鏽鋼反應套管4為內襯陶瓷的反應套管，長度700mm，內徑20mm。加熱爐5為電加熱爐，長度400mm，加熱爐5上端距反應套管4上端150mm。氣體分布器3位於不鏽鋼反應套管4最上端。預熱區41、熱反應區42、蓄熱區43、催化反應區44、冷卻區45均由陶瓷蜂窩體組成，依次裝填至反應套管4從上至下的位置，長度分別為300mm、100mm、95mm、15mm和190mm。催化反應區44陶瓷蜂窩體負載的金屬為釕，負載量為0.5％。
採用上述裝置製備輕質芳烴的方法包括輕質芳烴生產工藝和催化劑再生工藝，具體如下：
輕質芳烴生產工藝：將反應進料空速為2000h-1，體積含量分別為28％乙炔、25％氫氣、23％甲烷、11％一氧化碳和13％二氧化碳通入進料管線1至氣體分布器3，氣體通過氣體分布器3後在預熱區41氣體溫度由室溫升高至900℃，在熱反應區42保持900℃恆溫發生熱反應，反應後再經過反應套管4內的蓄熱區43，在蓄熱區43產物的溫度從900℃降低至550℃，到達催化反應區44，與催化劑接觸，在反應溫度為550℃條件下發生催化反應製備得到產物輕質芳烴，得到的最終產物在冷卻區45溫度降至200℃以下，然後通過出料管線6進入下遊裝置中；
催化劑再生工藝：在上述反應過程進行25h後，反應套管內生產的積炭約38g，停止通入反應氣，將氮氣通入進料管線進行吹掃1h；在吹掃後將空速為360h-1的水蒸氣通入進料管線1至氣體分布器3進入反應套管4，並將水蒸氣在反應套管4的預熱區41升溫至1100℃；在熱反應區42，水蒸氣與高溫的積炭接觸發生反應，生成氫氣和一氧化碳，並富餘部分水蒸氣；將得到的產物在反應套管4的蓄熱區降溫至600℃進入催化反應區44，並在催化劑的作用下使水蒸氣與一氧化碳發生轉換反應，生成二氧化碳和氫氣，反應套管4出口所得的氫氣循環作為反應氣參與反應；待10h轉換反應結束後，通入氫氣，將反應套管4降溫，催化反應區溫度保持在400℃，氫氣空速為600h-1，催化劑在氫氣氛圍下進行還原，保持5h，還原結束；
在催化劑再生工藝結束後，通入氮氣吹掃0.5h，最後繼續通入反應氣，重複上述輕質芳烴生產工藝，從而實現連續生產輕質芳烴。
在上述方法的輕質芳烴生產工藝中，採用本裝置和工藝的檢測結果如表1所示。由表1可知，採用上述技術方案將所得產物經分離後計算得出，乙炔轉化率接近96％，液相收率為82％，液相產物中輕質芳烴(單環芳烴和雙環芳烴)收率為86％，焦炭收率小於2％。
表1不同示例裝置和工藝得到的檢測結果
由表1可以看出，通過本發明的裝置和方法，本發明提高了乙炔轉化率，增加了輕質芳烴收率，改善了產物質量。
另外，通過上述實施例可以看出，通過本發明的裝置和方法，本發明還解決了乙炔反應過程中的積炭問題，當積炭過多時無需裝置停工，實現在線再生。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用來限定本發明的實施範圍；如果不脫離本發明的精神和範圍，對本發明進行修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明權利要求的保護範圍當中。