碳化矽微通道反應器及其在烴類裂解制低碳烯烴中的應用的製作方法

2023-05-22 22:32:36

專利名稱：碳化矽微通道反應器及其在烴類裂解制低碳烯烴中的應用的製作方法
碳化矽微通道反應器及其在烴類裂解制低碳烯烴中的應用技術領域
本發明專利涉及以泡沫碳化矽的泡沫通道為反應器的微通道反應器技術。該反應 器適合於烴類裂解製取低碳烯烴的反應。
背景技術：
傳統的烴類無氧熱裂解制低碳烯烴一般在管式爐內填充石英砂，導熱效果不理 想，而且壓力降也比較大。另外，烴類氧化裂解由於引入了氧氣，通過烴類部分氧化來實現 內供熱，具有較高的能量利用率，有利於重質烴的優化利用，很有發展前途，然而氧氣的引 入也容易導致局部過熱，存在安全隱患。泡沫碳化矽材料由於具有優良的熱傳導性能，其發 達的三維微通道結構可以強化物料混合，並且高溫下呈化學惰性。這些特點使得將泡沫碳 化矽材料引入到烴類裂解反應器中，可以解決烴類無氧熱裂解熱量導入不理想的問題，也 有利於含氧烴裂解中反應物料混合，避免局部過熱，提高反應均衡性。發明內容
本發明專利的目的是提供一種填充整體泡沫碳化矽的微通道結構反應器，可用於 烴類裂解製取低碳烯烴。
本發明的目的通過如下措施來達到本發明提供的微通道反應器為在反應器內填 充泡沫碳化矽整體材料，在泡沫碳化矽微通道內進行烴類裂解反應製取低碳烯烴反應。
—種碳化娃微通道反應器,包括金屬反應器外殼，於金屬反應器外殼內填充有整 體結構泡沫碳化矽材料構成微通道，該反應器可以用於烴類裂解制低碳烯烴。
所述泡沫碳化娃材料具有通道直徑範圍在O. l_2mm三維泡沫通道。
在碳化矽和金屬反應器外殼之間可以有石英或者陶瓷澆注保溫層。
所述整體結構是指由一整塊泡沫碳化矽材料，或者由二塊以上泡沫碳化矽材料緊 密結合構成一個整體，緊密填充於反應器內。
所述碳化矽微通道反應器可以用於C2-C6低碳烴的無氧熱裂解制C2-C4低碳烯烴， 或用於C6-C3tl重質烴的含氧氧化裂解制C2-C4低碳烯烴。
本發明用於烴類裂解製取低碳烯烴反應。無氧條件下，採用外部供熱方式，原料 為C2-C6輕質烷烴，反應溫度為800-850°C，反應壓力為0-0. 3Mpa，停留時間為O. l_ls。含 氧條件下，採用自供熱(或稱之為內部供熱)方式，原料為碳數在6個以上的各種飽和或 不飽和重質烴，氧氣原料可以是純氧氣，也可以是空氣。其進料烷氧比為n(Cm) n(O2)= O. 5-1. 5，反應溫度為550-800°C，反應壓力為0-0. 3Mpa，原料氣空速IOO-1OOOh'
本發明具有如下優點
引入泡沫碳化矽到反應器後，以泡沫碳化矽的泡沫通道作為微通道反應器，可明 顯提高烴類裂解反應性能。一方面，由於整體泡沫碳化矽材料具有優良的導熱能力，使得反 應器內部溫度分布更均勻；另一方面，其三維泡沫微通道結構能夠強化反應物料的混合，有 利於自由基鏈反應的持續發生，促進烴類裂解，提高烴類轉化率。


圖1為本發明裝置的兩種結構示意圖。其中(1)反應器不鏽鋼外殼，(2)整體泡 沫碳化矽微通道，(3)耐火保溫澆鑄陶瓷層，(4)烯烴產品，(5)原料烴，(6)氧氣或空氣。
具體實施方式
實施例1
反應器上端設有進料口、下端設有出料口，採用圓形不鏽鋼外殼，其內壁上設有石 英塗層；反應器的圓形內腔直徑20_，其內填充兩塊圓形泡沫碳化矽緊密結合構成一個整 體結構，直徑20mm,總高40mm,泡沫孔道直徑O. 5mm,封裝在內有石英層的反應器內。
該碳化矽微通道反應器用於烴類裂解製取低碳烯烴，可以強化反應物料混合、降 低反應器內溫度差異，提高烴類裂解活性。
該反應器用於環己烷氧化裂解反應。相比沒有填充碳化矽的反應器，環己烷轉化 率提高約10%，並且在高烷氧比/低溫條件下，轉化率提升越明顯，表明三維泡沫微通道結 構能夠強化反應物料的混合，有利於自由基鏈反應的持續發生，促進烴類裂解，提高烴類轉化率。
應用例I
採用實施例1所述的反應器(圖1中左側示圖)，以正己烷為原料，添加55. 6%的 稀釋氮氣，反應壓力O.1Mpa,停留時間為O. 7s，在反應溫度850 V下獲得了 87 %的正己烷轉 化率和65%的C2-C4低碳烯烴選擇性，反應器徑向溫度分布均勻。
應用例2
採用實施例1所述的反應器(圖1中右側示圖)，於反應器上端設有氧氣的進口， 通入氧氣，環己烷為原料，烷氧比n(C6H12) n(02) = 0.8，原料氣空速25011_1，反應壓力為 O.1Mpa，在反應溫度750°C下獲得了 91%的環己烷轉化率和45%的C2-C4低碳烯烴選擇性， 反應器溫度分布均勻。
權利要求
1.一種碳化娃微通道反應器，包括金屬反應器外殼，其特徵在于于金屬反應器外殼內填充有整體結構泡沫碳化矽材料構成微通道，該反應器可以用於烴類裂解制低碳烯烴。
2.按照權利要求1所述的微通道反應器，其特徵在於所述泡沫碳化矽材料具有通道直徑範圍在O. l-2mm三維泡沫通道。
3.按照權利要求1或2所述的微通道反應器，其特徵在於 在碳化矽和金 碳化矽微通道反應器在烴類裂解制低碳烯烴中的應用，其特徵在於所述屬反應器外殼之間可以有石英或者陶瓷澆注層。
4.按照權利要求1所述的微通道反應器，其特徵在於所述整體結構是指由一整塊泡沫碳化矽材料，或者由二塊以上泡沫碳化矽材料緊密結合構成一個整體，緊密填充於反應器內。
5.一種權利要求1-4任一項所述碳化矽微通道反應器可以用於C2-C6的低碳烴的無氧熱裂解制C2-C4低碳烯烴，或用於C6-C3tl重質烴的含氧氧化裂解制C2-C4低碳烯烴。
6.按照權利要求5所述的應用，其特徵在於 無氧條件下，採用外部供熱方式，原料為C2-C6輕質烷烴，反應溫度為800 850°C，反應壓力為O O. 3Mpa，停留時間為O.1 Is ; 含氧條件下，採用烴部分氧化自供熱方式，原料為碳數在6-30個的飽和或不飽和重質烴，氧原料是純氧氣或空氣；其進料燒氧比為n(Cm) n(O2) = O. 5 1. 5, m = 6-30的正整數，反應溫度為550 800°C，反應壓力為O O. 3Mpa，原料氣空速100 IOOOh'
全文摘要
一種烴類裂解制低碳烯烴的碳化矽微通道反應器。其內填充有整體泡沫碳化矽材料構成微通道，其外有金屬反應器外殼，在碳化矽和金屬反應器之間可以有陶瓷澆注保溫層。整體泡沫碳化矽材料具有三維泡沫的微通道結構。該碳化矽微通道反應器用於烴類裂解製取低碳烯烴，可以強化反應物料混合、降低反應器內溫度差異，提高烴類裂解活性。
文檔編號C07C11/02GK103007853SQ20111028649
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年9月23日
發明者李春林, 徐恆泳, 孫劍 申請人:中國科學院大連化學物理研究所