本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種由乙炔制備輕質(zhì)芳烴的裝置和方法。
背景技術(shù)：
苯、甲苯和二甲苯等輕質(zhì)芳烴都是非常重要的化工基礎(chǔ)原料，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)橡膠、纖維、塑料和染料等化工產(chǎn)品。目前，芳烴主要來(lái)源于石油化工中的催化重整和烴類(lèi)熱解，但是目前石油資源越來(lái)越匱乏，因此，開(kāi)發(fā)其他路徑生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴勢(shì)在必行。
我國(guó)能源格局富煤、少油、貧氣，2015年煤炭占一次能源消費(fèi)比重的63.8％。從國(guó)家能源安全角度出發(fā)，應(yīng)發(fā)展以煤炭為原料的能源化工行業(yè)。北京神霧集團(tuán)開(kāi)發(fā)的新電石技術(shù)，可以將中低階煤炭通過(guò)分質(zhì)梯級(jí)利用，生產(chǎn)化工原料乙炔。若能利用由煤炭生產(chǎn)的乙炔制備輕質(zhì)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(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的主要是解決石油資源匱乏和芳烴需求增長(zhǎng)的問(wèn)題，提供一種耦合熱反應(yīng)和催化反應(yīng)的由乙炔生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴的裝置和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種由乙炔制備輕質(zhì)芳烴的裝置，該裝置包括：進(jìn)料管線、氣體分布器、反應(yīng)套管、加熱爐和出料管線，其中：
進(jìn)料管線設(shè)置有入口和出口；氣體分布器設(shè)置在反應(yīng)套管的內(nèi)部且位于反應(yīng)套管的上端并且與進(jìn)料管線的出口連通；反應(yīng)套管內(nèi)填充陶瓷蜂窩體；反應(yīng)套管貫穿加熱爐，加熱爐正對(duì)反應(yīng)套管的中部，當(dāng)加熱爐對(duì)反應(yīng)套管加熱時(shí)，反應(yīng)套管內(nèi)根據(jù)溫度場(chǎng)劃分為預(yù)熱區(qū)、熱反應(yīng)區(qū)、蓄熱區(qū)、催化反應(yīng)區(qū)和冷卻區(qū)；出料管線與反應(yīng)套管的下端連通。
在本發(fā)明中，加熱爐正對(duì)反應(yīng)套管的中部指的是加熱爐對(duì)應(yīng)反應(yīng)套管的中部，與反應(yīng)套管上端之間的距離和下端之間的距離相同。這樣的設(shè)置有利于保持反應(yīng)溫度的恒定，且加熱爐在熱反應(yīng)區(qū)中心位置設(shè)置控溫點(diǎn)。
在本發(fā)明中，反應(yīng)套管內(nèi)充滿(mǎn)了陶瓷蜂窩體，反應(yīng)套管內(nèi)填充陶瓷蜂窩體有利于保持反應(yīng)套管內(nèi)的溫度，因?yàn)樘沾煞涓C體的熱容較大，蓄熱效果好。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該裝置還包括第一密封元件和第二密封元件，第一密封元件設(shè)置在進(jìn)料管線與反應(yīng)套管的連接處，第二密封元件設(shè)置在出料管線與反應(yīng)套管的連接處。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，反應(yīng)套管為內(nèi)襯陶瓷的不銹鋼反應(yīng)管。這里不銹鋼反應(yīng)管內(nèi)襯采用陶瓷是因?yàn)橐胰苍诟邷叵陆佑|不銹鋼將發(fā)生大量副反應(yīng)，內(nèi)襯陶瓷可避免乙炔和不銹鋼的接觸，避免副反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，反應(yīng)套管的內(nèi)徑、反應(yīng)套管的長(zhǎng)度和加熱爐的長(zhǎng)度的比例為(2-10)：70：40。反應(yīng)套管內(nèi)徑、反應(yīng)套管長(zhǎng)度和加熱爐長(zhǎng)度的比例決定了加熱時(shí)反應(yīng)套管內(nèi)的溫度場(chǎng)的分布。
在本發(fā)明中，反應(yīng)套管的內(nèi)徑、反應(yīng)套管的長(zhǎng)度和加熱爐的長(zhǎng)度的比例確定了，并且反應(yīng)溫度確定了之后，加熱爐對(duì)反應(yīng)套管加熱時(shí)反應(yīng)套管中的溫度場(chǎng)就確定了。加熱爐正對(duì)的反應(yīng)套管的中部溫度最高，中部以上或以下溫度都較低。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，預(yù)熱區(qū)、熱反應(yīng)區(qū)、蓄熱區(qū)、催化反應(yīng)區(qū)和冷卻區(qū)的長(zhǎng)度比例為(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種采用上述裝置制備輕質(zhì)芳烴的方法，包括：
1)將反應(yīng)氣乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳進(jìn)行混合；
2)將步驟1)中混合的氣體通入進(jìn)料管線至氣體分布器；
3)將步驟2)中通過(guò)氣體分布器的混合氣體在反應(yīng)套管的預(yù)熱區(qū)升溫并送至熱反應(yīng)區(qū)；
4)將步驟3)中升溫后的混合氣體在反應(yīng)套管的熱反應(yīng)區(qū)恒溫發(fā)生熱反應(yīng)；根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，本步驟中的反應(yīng)溫度為850℃-1000℃，優(yōu)選為880℃-920℃；
5)將步驟4)中發(fā)生熱反應(yīng)后的產(chǎn)物通過(guò)反應(yīng)套管的蓄熱區(qū)并降溫至催化反應(yīng)溫度；
6)將步驟5)中降溫后的產(chǎn)物通過(guò)反應(yīng)套管的催化反應(yīng)區(qū)發(fā)生催化反應(yīng)，制備得到輕質(zhì)芳烴；根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，催化反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)溫度為350℃-550℃。
7)將步驟6)中得到的輕質(zhì)芳烴經(jīng)過(guò)反應(yīng)套管的冷卻區(qū)進(jìn)行冷卻降溫，然后通過(guò)出料管線進(jìn)入下游裝置中。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，反應(yīng)氣乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的進(jìn)料體積比為：(1-2)：(1-4)：(1-2)：(1-3)：(0.5-1)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，催化反應(yīng)區(qū)布置有金屬催化劑，金屬催化劑負(fù)載在陶瓷蜂窩體上。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，金屬催化劑為鎳、鉬、鈀、釕或銠中的一種或幾種。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，金屬催化劑的質(zhì)量百分比為0.1％-5％。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，反應(yīng)進(jìn)料空速為2000～6000h-1。
在本發(fā)明中，催化反應(yīng)區(qū)由陶瓷蜂窩體負(fù)載金屬后的整體式催化劑裝填而成，其中負(fù)載的金屬為鎳、鉬、鈀、釕或銠中的一種或幾種。在催化反應(yīng)區(qū)發(fā)生催化反應(yīng)生成產(chǎn)物。
通過(guò)采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)本發(fā)明采用陶瓷蜂窩體裝填，保證反應(yīng)器內(nèi)熱場(chǎng)的均勻性，同時(shí)防止催化反應(yīng)區(qū)床層堵塞、壓降增加。
2)本發(fā)明通過(guò)耦合熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，利用了熱反應(yīng)的余熱，提高了熱利用效率。
3)本發(fā)明通過(guò)耦合熱反應(yīng)和催化反應(yīng)，提高了乙炔轉(zhuǎn)化率，增加了輕質(zhì)芳烴收率，改善了產(chǎn)物質(zhì)量。
附圖說(shuō)明
本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)在與附圖結(jié)合對(duì)實(shí)施例進(jìn)行的描述中將更加明顯并容易理解，其中：
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的由乙炔制備輕質(zhì)芳烴的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明
1進(jìn)料管線、2第一密封元件、3氣體分布器、4反應(yīng)套管、41預(yù)熱區(qū)、42熱反應(yīng)區(qū)、43蓄熱區(qū)、44催化反應(yīng)區(qū)、45冷卻區(qū)、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(shí)施方式
應(yīng)當(dāng)理解，在示例性實(shí)施例中所示的本發(fā)明的實(shí)施例僅是說(shuō)明性的。雖然在本發(fā)明中僅對(duì)少數(shù)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易領(lǐng)會(huì)在未實(shí)質(zhì)脫離本發(fā)明主題的教導(dǎo)情況下，多種修改是可行的。相應(yīng)地，所有這樣的修改都應(yīng)當(dāng)被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在不脫離本發(fā)明的主旨的情況下，可以對(duì)以下示例性實(shí)施例的設(shè)計(jì)、操作條件和參數(shù)等做出其他的替換、修改、變化和刪減。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供一種由乙炔制備輕質(zhì)芳烴的裝置，該裝置包括：進(jìn)料管線1、氣體分布器3、反應(yīng)套管4、加熱爐5和出料管線6，其中進(jìn)料管線1設(shè)置有入口和出口；氣體分布器3設(shè)置在反應(yīng)套管4的內(nèi)部且位于反應(yīng)套管4的上端并且與進(jìn)料管線1的出口連通；反應(yīng)套管4內(nèi)填充陶瓷蜂窩體；反應(yīng)套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對(duì)反應(yīng)套管4的中部，當(dāng)加熱爐5對(duì)反應(yīng)套管4加熱時(shí)，反應(yīng)套管4內(nèi)根據(jù)溫度場(chǎng)自上而下劃分為預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44和冷卻區(qū)45；出料管線1與反應(yīng)套管4的下端連通。
在本發(fā)明的裝置中，加熱爐5正對(duì)反應(yīng)套管4的中部指的是加熱爐5對(duì)應(yīng)反應(yīng)套管4的中部，與反應(yīng)套管4上端之間的距離和下端之間的距離相同。這樣的設(shè)置有利于保持反應(yīng)溫度的恒定，且加熱爐5在熱反應(yīng)區(qū)42的中心位置設(shè)置控溫點(diǎn)。
在本發(fā)明的裝置中，反應(yīng)套管4內(nèi)充滿(mǎn)了陶瓷蜂窩體，反應(yīng)套管4內(nèi)填充陶瓷蜂窩體有利于保持反應(yīng)套管4內(nèi)的溫度，因?yàn)樘沾煞涓C體的熱容較大，蓄熱效果好。
優(yōu)選地，本發(fā)明的裝置還包括第一密封元件2和第二密封元件7，第一密封元件2設(shè)置在進(jìn)料管線1與反應(yīng)套管4的連接處，第二密封元件7設(shè)置在出料管線6與反應(yīng)套管4的連接處。
優(yōu)選地，本發(fā)明的裝置還包括氣體混合罐8，該氣體混合罐8與進(jìn)料管線1的入口連通，該氣體混合罐8用于儲(chǔ)存反應(yīng)氣乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的混合氣體。
在本發(fā)明的裝置中，反應(yīng)套管4內(nèi)填充陶瓷蜂窩體。由于反應(yīng)氣在高溫條件下接觸不銹鋼將發(fā)生大量副反應(yīng)，因此，不銹鋼反應(yīng)套管4為內(nèi)襯陶瓷的不銹鋼反應(yīng)管，進(jìn)料管線1和產(chǎn)物的出料管線6溫度宜控制在200℃以下。
優(yōu)選地，反應(yīng)套管4的內(nèi)徑、長(zhǎng)度和加熱爐5的長(zhǎng)度的比例為(2-10)：70：40。
在本發(fā)明的裝置中，預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44和冷卻區(qū)45均由陶瓷蜂窩體裝填而成，陶瓷蜂窩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(yīng)區(qū)42有均勻的熱場(chǎng)。催化反應(yīng)區(qū)44由陶瓷蜂窩體負(fù)載金屬后的整體式催化劑裝填而成，負(fù)載的金屬為鎳、鉬、鈀、釕或銠等金屬，負(fù)載量為0.1％～5％，催化反應(yīng)區(qū)44不設(shè)單獨(dú)的控溫點(diǎn)，乙炔制芳烴反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可以利用熱反應(yīng)區(qū)42的氣體所帶出的余熱，將催化劑裝填至溫度為350～600℃的區(qū)域。催化反應(yīng)區(qū)44既能充分利用熱反應(yīng)區(qū)42的余熱，又能通過(guò)催化反應(yīng)提高乙炔轉(zhuǎn)化率，增加輕質(zhì)芳烴的收率，改善熱反應(yīng)所得液相產(chǎn)物的質(zhì)量，進(jìn)一步提高輕質(zhì)芳烴收率。同時(shí)采用整裝的陶瓷蜂窩體作為載體，有利于減少流動(dòng)阻力，避免催化劑裝填密度過(guò)大或積炭較多造成的催化劑床層堵塞。
在本發(fā)明的裝置中，反應(yīng)套管的內(nèi)徑、反應(yīng)套管的長(zhǎng)度和加熱爐的長(zhǎng)度的比例確定了，并且反應(yīng)溫度確定了之后，加熱爐對(duì)反應(yīng)套管加熱時(shí)反應(yīng)套管中的溫度場(chǎng)就確定了。加熱爐正對(duì)的反應(yīng)套管的中部溫度最高，中部以上或以下溫度都較低。
優(yōu)選地，預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44和冷卻區(qū)45的長(zhǎng)度比例為(20-40)：(8-12)：(8-12)：(1-3)：(18-20)。。
另外，本發(fā)明還提供一種采用上述裝置制備輕質(zhì)芳烴的方法，包括：將反應(yīng)氣乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳按比例進(jìn)行混合，通入進(jìn)料管線1至氣體分布器3；通過(guò)氣體分布器3的混合氣體在反應(yīng)套管4的預(yù)熱區(qū)41由200℃以下的初始溫度升溫至熱反應(yīng)區(qū)42的熱反應(yīng)溫度，在熱反應(yīng)區(qū)保持恒溫發(fā)生熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度為850℃-1000℃，優(yōu)選的反應(yīng)溫度為880℃-920℃；再經(jīng)過(guò)反應(yīng)套管4的蓄熱區(qū)43，在蓄熱區(qū)43產(chǎn)物從熱反應(yīng)溫度降低至催化反應(yīng)溫度，到達(dá)催化反應(yīng)區(qū)44，與催化劑接觸，在反應(yīng)溫度為350℃-550℃條件下發(fā)生催化反應(yīng)制備得到產(chǎn)物輕質(zhì)芳烴；得到的最終產(chǎn)物經(jīng)過(guò)反應(yīng)套管4的冷卻區(qū)45，在冷卻區(qū)45溫度降低至200℃以下，然后通過(guò)出料管線6進(jìn)入下游裝置(未示出)中。
在上述方法中，優(yōu)選地，反應(yīng)氣乙炔、氫氣、甲烷、二氧化碳和一氧化碳的進(jìn)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(yīng)氣；氫氣作為部分反應(yīng)氣，同時(shí)抑制乙炔及芳烴的過(guò)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。
在上述方法中，反應(yīng)進(jìn)料空速為2000～6000h-1，基于此確定反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短。在反應(yīng)套管、加熱爐尺寸以及加熱溫度一定的情況下，反應(yīng)進(jìn)料的空速?zèng)Q定了氣體在反應(yīng)套管中的停留時(shí)間，即預(yù)熱時(shí)間、熱反應(yīng)時(shí)間和催化反應(yīng)時(shí)間。調(diào)整反應(yīng)套管、加熱爐尺寸以及加熱溫度中任一因素，可以調(diào)整氣體在反應(yīng)套管中的加熱和反應(yīng)情況，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中的情況，反應(yīng)進(jìn)料空速為2000～6000h-1時(shí)對(duì)熱反應(yīng)和催化反應(yīng)是最有利的。
下面參照具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施例1
參照?qǐng)D1，一種由乙炔生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴的裝置，包括進(jìn)氣管線1、第一密封元件2、第二密封元件7、不銹鋼反應(yīng)套管4、氣體分布器3、加熱爐5和出料管線6，其中進(jìn)料管線1設(shè)置有入口和出口；氣體分布器3設(shè)置在不銹鋼反應(yīng)套管4的內(nèi)部且位于不銹鋼反應(yīng)套管4的上端并且與進(jìn)料管線1的出口連通；第一密封元件2設(shè)置在進(jìn)料管線1與不銹鋼反應(yīng)套管4的連接處；不銹鋼反應(yīng)套管4內(nèi)填充陶瓷蜂窩體；不銹鋼反應(yīng)套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對(duì)不銹鋼反應(yīng)套管4的中部；出料管線6與不銹鋼反應(yīng)套管4的下端連通；第二密封元件7設(shè)置在出料管線6與不銹鋼反應(yīng)套管4的連接處；當(dāng)加熱爐5對(duì)反應(yīng)套管4加熱時(shí)，反應(yīng)套管4內(nèi)根據(jù)溫度場(chǎng)從上至下劃分為預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44和冷卻區(qū)45。
采用的不銹鋼反應(yīng)套管4為內(nèi)襯陶瓷的反應(yīng)管，長(zhǎng)度700mm，內(nèi)徑20mm。加熱爐5為電加熱爐，長(zhǎng)度400mm，加熱爐5上端距反應(yīng)套管4上端150mm。氣體分布器3位于不銹鋼反應(yīng)套管4最上端。預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44、冷卻區(qū)45均由陶瓷蜂窩體組成，依次裝填至反應(yīng)套管4從上至下的位置，長(zhǎng)度分別為300mm、100mm、90mm、20mm和190mm。催化反應(yīng)區(qū)44陶瓷蜂窩體負(fù)載有金屬催化劑鈀，負(fù)載量為3％。
采用上述裝置制備輕質(zhì)芳烴的方法為：將反應(yīng)進(jìn)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(jìn)料管線1至氣體分布器3，氣體通過(guò)氣體分布器3后在預(yù)熱區(qū)41氣體溫度由室溫升高至900℃，在熱反應(yīng)區(qū)42保持900℃恒溫發(fā)生熱反應(yīng)，反應(yīng)后再經(jīng)過(guò)反應(yīng)套管4內(nèi)的蓄熱區(qū)43，在蓄熱區(qū)43產(chǎn)物的溫度從900℃降低至550℃，到達(dá)催化反應(yīng)區(qū)44，與催化劑接觸，在反應(yīng)溫度為550℃條件下發(fā)生催化反應(yīng)制備得到產(chǎn)物輕質(zhì)芳烴，得到的最終產(chǎn)物在冷卻區(qū)45溫度降至200℃以下，然后通過(guò)出料管線6進(jìn)入下游裝置中。
采用本裝置和方法的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。由表1可知，采用上述技術(shù)方案將所得產(chǎn)物經(jīng)分離后計(jì)算得出，乙炔轉(zhuǎn)化率接近100％，液相收率為86％，液相產(chǎn)物中輕質(zhì)芳烴(單環(huán)芳烴和雙環(huán)芳烴)收率為89％，焦炭收率小于2％。
實(shí)施例2
參照?qǐng)D1，一種由乙炔生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴的裝置，包括進(jìn)氣管線1、第一密封元件2、第二密封元件7、不銹鋼反應(yīng)套管4、氣體分布器3、加熱爐5和出料管線6，其中進(jìn)料管線1設(shè)置有入口和出口；氣體分布器3設(shè)置在不銹鋼反應(yīng)套管4的內(nèi)部且位于不銹鋼反應(yīng)套管4的上端并且與進(jìn)料管線1的出口連通；第一密封元件2設(shè)置在進(jìn)料管線1與不銹鋼反應(yīng)套管4的連接處；不銹鋼反應(yīng)套管4內(nèi)填充陶瓷蜂窩體；不銹鋼反應(yīng)套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對(duì)不銹鋼反應(yīng)套管4的中部；出料管線6與不銹鋼反應(yīng)套管4的下端連通；第二密封元件7設(shè)置在出料管線6與不銹鋼反應(yīng)套管4的連接處；當(dāng)加熱爐5對(duì)反應(yīng)套管4加熱時(shí)，反應(yīng)套管4內(nèi)根據(jù)溫度場(chǎng)從上至下劃分為預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44和冷卻區(qū)45。
采用的不銹鋼反應(yīng)套管4為內(nèi)襯陶瓷的反應(yīng)套管，長(zhǎng)度1000mm，內(nèi)徑50mm。加熱爐5為電加熱爐，長(zhǎng)度570mm，加熱爐5上端距反應(yīng)套管4上端215mm。氣體分布器3位于不銹鋼反應(yīng)套管4最上端。預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44、冷卻區(qū)45均由陶瓷蜂窩體組成，依次裝填至反應(yīng)套管4從上至下的位置，長(zhǎng)度分別為430mm、145mm、110mm、45mm和270mm。催化反應(yīng)區(qū)44陶瓷蜂窩體負(fù)載有金屬催化劑釕，負(fù)載量為5％。
采用上述裝置制備輕質(zhì)芳烴的方法為：將反應(yīng)進(jìn)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(jìn)料管線1至氣體分布器3，氣體通過(guò)氣體分布器3后在預(yù)熱區(qū)41氣體溫度由室溫升高至1000℃，在熱反應(yīng)區(qū)42保持1000℃恒溫發(fā)生熱反應(yīng)，反應(yīng)后再經(jīng)過(guò)反應(yīng)套管4內(nèi)的蓄熱區(qū)43，在蓄熱區(qū)43產(chǎn)物的溫度從1000℃降低至400℃，到達(dá)催化反應(yīng)區(qū)44，與催化劑接觸，在反應(yīng)溫度為400℃條件下發(fā)生催化反應(yīng)制備得到產(chǎn)物輕質(zhì)芳烴，得到的最終產(chǎn)物在冷卻區(qū)45溫度降至200℃以下，然后通過(guò)出料管線6進(jìn)入下游裝置中。
采用本裝置和方法的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。由表1可知，采用上述技術(shù)方案將所得產(chǎn)物經(jīng)分離后計(jì)算得出，乙炔轉(zhuǎn)化率接近100％，液相收率為90％，液相產(chǎn)物中輕質(zhì)芳烴(單環(huán)芳烴和雙環(huán)芳烴)收率為92.3％，焦炭收率小于1％。
實(shí)施例3
參照?qǐng)D1，一種由乙炔生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴的裝置，包括進(jìn)氣管線1、第一密封元件2、第二密封元件7、不銹鋼反應(yīng)套管4、氣體分布器3、加熱爐5和出料管線6，其中進(jìn)料管線1設(shè)置有入口和出口；氣體分布器3設(shè)置在不銹鋼反應(yīng)套管4的內(nèi)部且位于不銹鋼反應(yīng)套管4的上端并且與進(jìn)料管線1的出口連通；第一密封元件2設(shè)置在進(jìn)料管線1與不銹鋼反應(yīng)套管4的連接處；不銹鋼反應(yīng)套管4內(nèi)填充陶瓷蜂窩體；不銹鋼反應(yīng)套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對(duì)不銹鋼反應(yīng)套管4的中部；出料管線6與不銹鋼反應(yīng)套管4的下端連通；第二密封元件7設(shè)置在出料管線6與不銹鋼反應(yīng)套管4的連接處；當(dāng)加熱爐5對(duì)反應(yīng)套管4加熱時(shí)，反應(yīng)套管4內(nèi)根據(jù)溫度場(chǎng)從上至下劃分為預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44和冷卻區(qū)45。
采用的不銹鋼反應(yīng)套管4為內(nèi)襯陶瓷的反應(yīng)套管，長(zhǎng)度560mm，內(nèi)徑80mm。加熱爐5為電加熱爐，長(zhǎng)度320mm，加熱爐5上端距反應(yīng)套管4上端120mm。氣體分布器3位于不銹鋼反應(yīng)套管4最上端。預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44、冷卻區(qū)45均由陶瓷蜂窩體組成，依次裝填至反應(yīng)套管4從上至下的位置，長(zhǎng)度分別為240mm、80mm、75mm、15mm和150mm。催化反應(yīng)區(qū)44陶瓷蜂窩體負(fù)載有金屬催化劑釕，負(fù)載量為0.1％。
采用上述裝置制備輕質(zhì)芳烴的方法為：將反應(yīng)進(jìn)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(jìn)料管線1至氣體分布器3，氣體通過(guò)氣體分布器3后在預(yù)熱區(qū)41氣體溫度由室溫升高至820℃，在熱反應(yīng)區(qū)42保持820℃恒溫發(fā)生熱反應(yīng)，反應(yīng)后再經(jīng)過(guò)反應(yīng)套管4內(nèi)的蓄熱區(qū)43，在蓄熱區(qū)43產(chǎn)物的溫度從820℃降低至350℃，到達(dá)催化反應(yīng)區(qū)44，與催化劑接觸，在反應(yīng)溫度為350℃條件下發(fā)生催化反應(yīng)制備得到產(chǎn)物輕質(zhì)芳烴，得到的最終產(chǎn)物在冷卻區(qū)45溫度降至200℃以下，然后通過(guò)出料管線6進(jìn)入下游裝置中。
采用本裝置和方法的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。由表1可知，采用上述技術(shù)方案將所得產(chǎn)物經(jīng)分離后計(jì)算得出，乙炔轉(zhuǎn)化率接近90％，液相收率為75％，液相產(chǎn)物中輕質(zhì)芳烴(單環(huán)芳烴和雙環(huán)芳烴)收率為84％，焦炭收率小于2.5％。
實(shí)施例4
參照?qǐng)D1，一種由乙炔生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴的裝置，包括進(jìn)氣管線1、第一密封元件2、第二密封元件7、不銹鋼反應(yīng)套管4、氣體分布器3、加熱爐5和出料管線6，其中進(jìn)料管線1設(shè)置有入口和出口；氣體分布器3設(shè)置在不銹鋼反應(yīng)套管4的內(nèi)部且位于不銹鋼反應(yīng)套管4的上端并且與進(jìn)料管線1的出口連通；第一密封元件2設(shè)置在進(jìn)料管線1與不銹鋼反應(yīng)套管4的連接處；不銹鋼反應(yīng)套管4內(nèi)填充陶瓷蜂窩體；不銹鋼反應(yīng)套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對(duì)不銹鋼反應(yīng)套管4的中部；出料管線6與不銹鋼反應(yīng)套管4的下端連通；第二密封元件7設(shè)置在出料管線6與不銹鋼反應(yīng)套管4的連接處；當(dāng)加熱爐5對(duì)反應(yīng)套管4加熱時(shí)，反應(yīng)套管4內(nèi)根據(jù)溫度場(chǎng)從上至下劃分為預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44和冷卻區(qū)45。
采用的不銹鋼反應(yīng)套管4為內(nèi)襯陶瓷的反應(yīng)套管，長(zhǎng)度700mm，內(nèi)徑30mm。加熱爐5為電加熱爐，長(zhǎng)度400mm，加熱爐5上端距反應(yīng)套管4上端150mm。氣體分布器3位于不銹鋼反應(yīng)套管4最上端。預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44、冷卻區(qū)45均由陶瓷蜂窩體組成，依次裝填至反應(yīng)套管4從上至下的位置，長(zhǎng)度分別為300mm、100mm、80mm、30mm和190mm。催化反應(yīng)區(qū)44陶瓷蜂窩體負(fù)載有金屬催化劑鈀和銠，負(fù)載量為1.5％。
采用上述裝置制備輕質(zhì)芳烴的方法為：將反應(yīng)進(jìn)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(jìn)料管線1至氣體分布器3，氣體通過(guò)氣體分布器3后在預(yù)熱區(qū)41氣體溫度由室溫升高至850℃，在熱反應(yīng)區(qū)42保持850℃恒溫發(fā)生熱反應(yīng)，反應(yīng)后再經(jīng)過(guò)反應(yīng)套管4內(nèi)的蓄熱區(qū)43，在蓄熱區(qū)43產(chǎn)物的溫度從850℃降低至500℃，到達(dá)催化反應(yīng)區(qū)44，與催化劑接觸，在反應(yīng)溫度為500℃條件下發(fā)生催化反應(yīng)制備得到產(chǎn)物輕質(zhì)芳烴，得到的最終產(chǎn)物在冷卻區(qū)45溫度降至200℃以下，然后通過(guò)出料管線6進(jìn)入下游裝置中。
采用本裝置和方法的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。由表1可知，采用上述技術(shù)方案將所得產(chǎn)物經(jīng)分離后計(jì)算得出，乙炔轉(zhuǎn)化率接近99％，液相收率為87％，液相產(chǎn)物中輕質(zhì)芳烴(單環(huán)芳烴和雙環(huán)芳烴)收率為91％，焦炭收率小于1.5％。
實(shí)施例5
參照?qǐng)D1，一種由乙炔生產(chǎn)輕質(zhì)芳烴的裝置，包括進(jìn)氣管線1、第一密封元件2、第二密封元件7、不銹鋼反應(yīng)套管4、氣體分布器3、加熱爐5和出料管線6，其中進(jìn)料管線1設(shè)置有入口和出口；氣體分布器3設(shè)置在不銹鋼反應(yīng)套管4的內(nèi)部且位于不銹鋼反應(yīng)套管4的上端并且與進(jìn)料管線1的出口連通；第一密封元件2設(shè)置在進(jìn)料管線1與不銹鋼反應(yīng)套管4的連接處；不銹鋼反應(yīng)套管4內(nèi)填充陶瓷蜂窩體；不銹鋼反應(yīng)套管4貫穿加熱爐5，加熱爐5正對(duì)不銹鋼反應(yīng)套管4的中部；出料管線6與不銹鋼反應(yīng)套管4的下端連通；第二密封元件7設(shè)置在出料管線6與不銹鋼反應(yīng)套管4的連接處；當(dāng)加熱爐5對(duì)反應(yīng)套管4加熱時(shí)，反應(yīng)套管4內(nèi)根據(jù)溫度場(chǎng)從上至下劃分為預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44和冷卻區(qū)45。
采用的不銹鋼反應(yīng)套管4為內(nèi)襯陶瓷的反應(yīng)套管，長(zhǎng)度700mm，內(nèi)徑20mm。加熱爐5為電加熱爐，長(zhǎng)度400mm，加熱爐5上端距反應(yīng)套管4上端150mm。氣體分布器3位于不銹鋼反應(yīng)套管4最上端。預(yù)熱區(qū)41、熱反應(yīng)區(qū)42、蓄熱區(qū)43、催化反應(yīng)區(qū)44、冷卻區(qū)45均由陶瓷蜂窩體組成，依次裝填至反應(yīng)套管4從上至下的位置，長(zhǎng)度分別為300mm、100mm、95mm、15mm和190mm。催化反應(yīng)區(qū)44陶瓷蜂窩體負(fù)載的金屬為鎳和鉬，負(fù)載量為4.5％。
采用上述裝置制備輕質(zhì)芳烴的方法為：將反應(yīng)進(jìn)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(jìn)料管線1至氣體分布器3，氣體通過(guò)氣體分布器3后在預(yù)熱區(qū)41氣體溫度由室溫升高至900℃，在熱反應(yīng)區(qū)42保持900℃恒溫發(fā)生熱反應(yīng)，反應(yīng)后再經(jīng)過(guò)反應(yīng)套管4內(nèi)的蓄熱區(qū)43，在蓄熱區(qū)43產(chǎn)物的溫度從900℃降低至550℃，到達(dá)催化反應(yīng)區(qū)44，與催化劑接觸，在反應(yīng)溫度為550℃條件下發(fā)生催化反應(yīng)制備得到產(chǎn)物輕質(zhì)芳烴，得到的最終產(chǎn)物在冷卻區(qū)45溫度降至200℃以下，然后通過(guò)出料管線6進(jìn)入下游裝置中。
采用本裝置和方法的檢測(cè)結(jié)果如表1所示。由表1可知，采用上述技術(shù)方案將所得產(chǎn)物經(jīng)分離后計(jì)算得出，乙炔轉(zhuǎn)化率接近96％，液相收率為82％，液相產(chǎn)物中輕質(zhì)芳烴(單環(huán)芳烴和雙環(huán)芳烴)收率為86％，焦炭收率小于2％。
表1不同示例裝置和方法得到的檢測(cè)結(jié)果
由表1可以看出，通過(guò)本發(fā)明的裝置和方法，本發(fā)明提高了乙炔轉(zhuǎn)化率，增加了輕質(zhì)芳烴收率，改善了產(chǎn)物質(zhì)量。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍當(dāng)中。