甲烷氧化偶聯催化徑向固定床反應器的製作方法

2023-11-12 03:33:42

專利名稱：甲烷氧化偶聯催化徑向固定床反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種催化反應裝置，具體地說是提供一種用於甲烷氧化偶聯催化反應的徑向流動固定床反應器。
甲烷氧化偶聯制乙烯具有重大的經濟意義和理論價值，並廣泛引起人們的關注。目前用於這類合成反應的固定床反應器是採用軸向通氣式傳統的固定床連續反應器。使用這種反應器催化劑床層的厚度隨催化劑裝填量增加而增加，但當催化劑的床層較厚，甲烷反應氣的空速較大時，催化劑床層的溫度就會升得很高，容易產生大量的COX，使C2烴的選擇性和收率顯著下降。為保持乙烯的收率又不增加催化劑床層厚度，只能增粗反應器的管徑，但採用這種處理方法將引至床層溫度沿徑向分布很不均勻，不但將影響催化劑的使用效率和降低C2烴選擇性及收率，也將給設備製造帶來困難，使甲烷氧化偶聯反應工業化應用帶來困難。
本發明的目的是提供一種適於甲烷氧化偶聯反應用的固定床反應器，採用這種反應器可避免上述普通固定床反應器的各種不利因素，達到具有較薄的催化劑床層和床層溫度沿徑向均勻分布，同時又可增加催化劑的使用量，提高反應物甲烷氣的空速，增加產率，使之利於在工業化生產中採用。
為實現上述目的，本發明設計了一種徑向流動式反應器，即反應物(氣體)是沿反應器的徑向穿過催化劑床層，這種結構的反應器中催化劑床層的厚度很易控制，而不受催化劑裝填量的影響。由於催化劑床層可以設計得較薄，用於甲烷氧化偶聯催化反應可以減少或避免甲烷生成COX的反應，從而達到提高C2烴的選擇性和收率。同時增加反應器長度，即可實現增加催化劑的用量，適於高空速運轉提高產率以宜於工業化採用。具體地說本發明徑向流動固定床反應器為一密閉筒式反應器，反應器內同心裝置兩層帶孔隔板筒，兩筒內壁間裝填催化劑，隔板筒的間距可以調整，以達到選擇適當厚度的催化劑床層，一般為5～25mm，反應器的一端(下部)中心開孔作為反應物入口，並與內隔板筒內壁相通，另一端(上部)靠反應筒體邊緣開孔作為反應產物出口並與外隔板筒外壁和筒體內壁間相通。反應器筒外還可加保溫層，加熱裝置及測溫管等其它附設部件製成實用反應器。此外，反應器一端(上部)可設計成能裝摺的法蘭，取下法蘭可以向反應器內兩隔板筒間裝載(或取出)催化劑，同時催化劑裝填後，其法蘭蓋與催化劑間加入一填充體，以減少反應器內死體積。附

圖1為本發明的反應器的結構示意圖。圖中1.反應筒體;2.外層多孔隔板筒;3.內層多孔隔板筒;4.催化劑層;5.進氣口;6.出氣口;7.填充體;8.上蓋法蘭;9.加熱器;10.測溫管;11.反應器外壁。上述本實用新型反應器，其反應筒體、隔板筒、法蘭等部件均可用不鏽鋼板製成，隔板筒可用不鏽鋼板加工成均勻多孔(孔徑可為Φ1～5mm，視催化劑粒度)或不鏽鋼板拉伸網製成，開孔率應大於40%，以利於反應物均勻通過催化劑表面。下面結合實例對本發明的技術給予進一步說明。
實例1徑向流動固定床反應器參照附圖1所示反應器的結構，用2.0mm不鏽鋼板製成Φ40mm外徑反應筒體1，筒體1上端加不鏽鋼法蘭上蓋8，筒體1底部中心開有進氣口5(及進氣管)，上部外緣開有出氣口6(及出氣管)，再用1.0mm不鏽鋼板開有均勻Φ3mm小孔，開孔大於75%，製成Φ8mm和Φ18mm多孔隔板筒，同心固定在筒體1內構成外，內層多孔隔板筒2、3，兩隔板筒間距約為9mm。筒體1外加有加熱器9的電熱絲，並在其外包有絕熱材料構成反應器外壁11。測溫管10(三組分別裝置在內層多孔隔板筒內，催化劑床層4中及外層多孔隔板筒外)內裝有熱偶以測試反應中各部位溫度。催化劑裝填於外、內多孔隔板筒間後，於催化劑上加適當的陶瓷珠或玻璃纖維布作填充體7填滿反應筒體內，再加上蓋法蘭8固定，並保持反應筒體內密封。這種反應器運行時反應氣體由進氣口5進入反應器筒內，沿反應筒徑向穿過催化劑床層到達筒體1內壁，由出氣口6排出反應器。
實例2徑向反應器用於甲烷氧化偶聯合成乙烯反應1利用實例1所制反應器，取50mlLi-MgO催化劑裝載反應器中，催化劑床層厚度為9mm，甲烷/氧比約為2.8，在原料氣中同時加水108ml/hr，反應器的壁溫控制在780℃，甲烷氣的空速為5000hr-1，催化反應結果如下O2CH4CO2CO C2H4C2H6CH4轉化率% C2烴選擇性% C2收率%4.868.113.93.58.21.635.253.018.6比較例1合成乙烯反應1利用普通管式反應器，取1ml與實例1相同催化劑裝填催化劑床層厚為4mm，其它反應條件與實例1相同，其CH4轉化率26.7%，C2烴選擇性65.6%，C2烴收率17.5%。
實例2徑向反應器用於甲烷氧化偶聯合成乙烯反應2、3按實例1的同樣條件，只是提高CH4的空速到7700hr-1及10000hr-1，進水量增到141ml/hr，反應結果如下空速hr-1O2CH4CO2CO C2H4C2H6CH4轉化率%77004.866.414.93.58.81.637.1100004.469.513.02.58.81.934.7C2烴選擇性% C2收率%53.119.758.020.1從以上結果來看，採用本發明的徑向薄層反應器，催化劑裝量為50ml，甲烷空速以5000hr-1到10000hr-1，所得的C2烴收率比催化劑裝置1ml的小試的結果要好。
實例3徑向反應器用於甲烷氧化偶聯合成乙烯反應4利用實例1反應器，取200mlLa-BaO催化劑裝在反應器中，反應器壁溫為780℃，甲烷氣空速為10000hr-1，進水量為50ml/hr，CH4/O2為6.7，反應結果如下O2CH4CO2CO C2H4C2H6CH4轉化率% C2烴選擇性% C2收率%0.881.45.73.45.42.324.562.715.3比較例2合成乙烯反應2利用普通管式反應器，取30mlLa-BaO催化劑裝填床層為20mm，其它反應條件與實例3相同，催化反應結果如下O2CH4CO2CO C2H4C2H6CH4轉化率% C2烴選擇性% C2收率%1.978.58.94.04.91.725.050.612.6從以上結果可見，用普通固定床反應器，當催化劑裝量較多時，催化反應性能變壞，C2烴收率下降。
權利要求
1.一種甲烷氧化偶聯合成乙烯反應用固定床反應器，其特徵是採用徑向流動式反應器，即反應物(氣體)沿反應器的徑向穿過催化劑床層；其反應器為一密閉筒體，筒體內同心裝置內、外兩層帶孔隔板筒，兩筒內壁間裝填催化劑，兩隔板筒的間距可以調整，以改變催化劑的床層厚度；筒體一端中心開孔作為反應物入口，並與內隔板筒內壁相通，筒體另一端靠筒體邊緣開孔作為反應物出氣口，並與外隔板筒外壁和筒體內壁內相通。
2.按照權利要求1所述的反應器，其特徵在於內、外兩層帶孔隔板筒間距為5～25mm。
3.按照權利要求1所述的反應器，其特徵在於其筒體可由不鏽鋼板製成，帶孔隔板筒可由不鏽鋼板均勻開Φ1～5mm孔或不鏽鋼拉伸網板製成，其開孔率應大於40%。
全文摘要
一種甲烷氧化偶聯合成乙烯反應用徑向流動式反應器是在其內同心裝置內、外兩層帶孔隔板筒，兩筒內壁間裝填催化劑，兩隔板筒的間距可調，以改變催化劑床層厚度。這種反應器運行時，反應物通過置於筒體中心入口進入內帶孔隔板筒內，徑向穿過催化劑床層透過外帶孔隔板筒由出口排出。由於該種反應器的催化劑床層可以製得很薄，能有效避免多次反應，提高C
文檔編號B01J8/02GK1103606SQ93115959
公開日1995年6月14日 申請日期1993年12月11日 優先權日1993年12月11日
發明者謝茂松, 王學林, 徐桂芬, 王林勝, 陶龍驤 申請人:中國科學院大連化學物理研究所