用于甲烷氧化偶联反应的反应器和制备碳二烃的方法与流程

本发明涉及甲烷氧化偶联反应，具体地，涉及一种用于甲烷氧化偶联反应的反应器和制备碳二烃的方法。

背景技术：

1、乙烯是是世界上产量最大的化学品之一，是生产聚乙烯、乙丙橡胶、聚氯乙烯等产品重要的有机化工原料，在医药、染料、农药、化工等方面具有重要的用途，是用途最广的有机化工原料，在国民经济中具有十分重要的地位，其生产规模和水平是衡量企业实力和技术水平的重要标志之一，所以，乙烯工业的发展一直是人们关注的焦点，随着我国经济的迅速发展，我国对乙烯的需求量也与日俱增。

2、以天然气(主要成分为甲烷)为碳源制烯烃技术成为近年来的研究热点。甲烷是天然气中的主要成分，目前针对甲烷的利用主要有两个利用途径，分别是甲烷间接利用和甲烷直接利用。甲烷的间接利用是甲烷通过水蒸气重整反应生成的合成气再进一步转化成甲醇、合成氨、二甲醚等，这是甲烷最主要的利用途径。但是在甲烷间接转化的两个过程都需要消耗大量的能量，所以甲烷的直接利用-氧化偶联生成乙烯和乙烷便成为各国科学家关注的焦点。

3、甲烷氧化偶联是一个复杂的表面-气相反应，由于产生的c2产物比ch4容易深度氧化，因而限制了c2烃单程收率的进一步提高。随着甲烷氧化偶联研究的不断深入，如何提高反应中c2烃单程收率成为各国研究者们关心的一个问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的存在甲烷氧化偶联反应过程中，c2烃单程收率较低的问题，提供一种用于甲烷氧化偶联反应的反应器和制备碳二烃的方法。本发明提供的反应器中的催化剂床层采用装填催化剂和(小颗粒)填充剂的方式，通过粒径较小的填充剂填补催化剂装填在反应器腔体中床层的空隙，从而减少了自由基消灭反应的不利影响，有效提高c2烃的收率和选择性。

2、为了实现上述目的，本发明一方面提供一种用于甲烷氧化偶联反应的反应器，所述反应器包括反应器腔体和填充在所述腔体内催化剂床层处的催化剂和填充剂，其中，所述反应器腔体的材质为石英；

3、所述催化剂包括载体和负载于所述载体上的活性组分，其中，所述载体选自sio2成型载体，所述活性组分包括w、mn、b和碱金属中的至少一种；

4、所述催化剂的尺寸为填充剂粒径的4-10倍。

5、本发明第二方面提供一种制备碳二烃的方法，所述方法包括将含ch4和o2的反应气引入反应器腔体中，进行甲烷氧化偶联反应；

6、其中，所述反应器腔体的材质为石英，该反应器腔体中催化剂床层处装填有催化剂和填充剂；

7、所述催化剂包括载体和负载于所述载体上的活性组分，其中，所述载体选自sio2成型载体，所述活性组分包括w、mn、b和碱金属中的至少一种；

8、所述催化剂的尺寸为填充剂粒径的4-10倍。

9、通过上述技术方案，本发明能够取得以下有益效果：

10、(1)本发明提供的反应器中装填成型催化剂，能够直接应用于工业生产，避免了催化剂成型过程中对其催化效果的影响。同时，本发明在反应器的催化剂床层中同时装填催化剂和填充剂，利用小粒径的填充剂进一步填充反应区域中的空隙，减少了自由基消灭反应对ocm反应效果的不利影响，提高了c2烃的收率和选择性。

11、(2)本发明提供的方法中采用的成型催化剂配合本发明提供的c2烃制备方法，具有清洁生产、原料价廉易得、加工成本低、工艺简化、便于实现工业化生产等特点。

12、(3)本发明提供的成型催化剂配合本发明提供的c2烃制备方法，能够获得较高的c2烃收率，具有良好的催化稳定性，且已在小试反应中证实，在本发明优选的反应工艺条件下，采用本发明的(采用特定催化剂装填方式)的反应器，按照本发明的方法能够获得甲烷转化率和c2烃选择性均达到35％以上的优良反应效果。

技术特征：

1.一种用于甲烷氧化偶联反应的反应器，其特征在于，所述反应器包括反应器腔体和填充在所述腔体内催化剂床层处的催化剂和填充剂，其中，所述反应器腔体的材质为石英；

2.根据权利要求1所述的反应器，其中，反应腔体的内径与催化剂尺寸的比例为3-9：1，反应器腔体的长径比为20-50；

3.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述催化剂中，以元素计，碱金属、w、mn和b的重量比为1:4-12:2.5-7:0.8-2；

4.根据权利要求1或3所述的反应器，其中，所述催化剂的尺寸为：直径3-6mm，长度2-5mm，优选所述催化剂的长径比为1:1-2；

5.一种制备碳二烃的方法，其特征在于，所述方法包括将含ch4和o2的反应气引入反应器腔体中，进行甲烷氧化偶联反应；

6.根据权利要求5所述的方法，其中，反应腔体的内径与催化剂尺寸的比例为3-9：1，反应器腔体的长径比为20-50；

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述催化剂中，以元素计，碱金属、w、mn和b的重量比为1:4-12:2.5-7:0.8-2；

8.根据权利要求5或7所述的方法，其中，所述催化剂的尺寸为：直径3-6mm，长度2-5mm，优选所述催化剂的长径比为1:1-2；

9.根据权利要求5所述的方法，其中，所述ch4和o2的体积比为2-10:1，优选为2-5:1。

10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述甲烷氧化偶联反应的条件包括：催化剂段的反应温度750-850℃，反应气时空速8000-15000ml·g-1·h-1；

技术总结
本发明涉及甲烷氧化偶联反应技术领域，公开了一种用于甲烷氧化偶联反应的反应器和制备碳二烃的方法。本发明提供的反应器中采用将催化剂和填充剂混合后装填在催化剂床层中的装填方式，通过粒径较小的填充剂填补催化剂装填在催化剂床层中产生的空隙，避免了反应过程中产生的自由基与反应器腔体壁的接触，从而减少了自由基消灭反应的不利影响，有效提高C2烃的收率和选择性。此外，本发明提供的反应器中装填成型催化剂，能够直接应用于工业生产，避免了催化剂成型过程中对其催化效果的影响。

技术研发人员：赵清锐,韦力,张明森,刘东兵
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16