丁烷0.1?10%;經(jīng)過分離器分離芳烴后，C1-C4烷烴分離尾氣與進(jìn)口混合氣合并，通過氣栗11栗回至預(yù)熱器2d及芳構(gòu)化反應(yīng)器4，或通過氣栗lh，In栗回至預(yù)熱器2a及反應(yīng)器3a，循環(huán)套用。
【附圖說明】
[0020]
附圖1甲烷低溫等離子體活化芳構(gòu)化制備芳烴的流程示意圖[0021 ]甲烷等離子體活化反應(yīng)，從反應(yīng)物至產(chǎn)物的循環(huán)流程為:
[0022](l)la-2a-3a-lm-ln-2a
[0023](非循環(huán):la-2a-3a-8a，b-l1-lj-lk-2d-4-ld-5(10)-le-6-lf-7-8a，b-9-芳烴粗品)
[0024](2)la-2a-3a-2b-3b-lb-ln-2a
[0025](非循環(huán):la-2a-3a-2b-3b-8a，b-l1-lj-lk-2d-4-ld-5(10)-le-6-lf-7-8a，b-9-芳烴粗品)
[0026](3)la-2a-3a-2b-3b-2c-3c-lc-ln-2a
[0027](非循環(huán):la-2a-3a-2b-3b-2c-3c-lc-8a，b-l1-lj-lk-2d-4-ld-5(10)-le-6-lf-7~8a, b-9-芳經(jīng)粗品)
[0028]主要設(shè)備:
[0029]la，b，c，d，e，f，g，h，I，j，k，l，m和η 氣栗，2a，b，c，d 預(yù)熱器，3a，b，c多段串聯(lián)低溫等離子體反應(yīng)器，4芳構(gòu)化反應(yīng)器，5鈀透氫膜分離器，6，7冷凝器，8a，b冷卻器，9氣液分離器，
10氫氣真空栗。
具體實施例
[0030]將來自儲槽的原料甲烷用氣栗Ia在0.1?0.12MPa下分別經(jīng)過預(yù)熱器2a，b，c加熱后，通入多段串聯(lián)等離子體活化反應(yīng)器3a，b，c中，內(nèi)置石英玻璃管，功率為1w?lkW，在裝填有催化劑的反應(yīng)器中，含有的催化劑為金屬及氧化物Ce、W、Mo、Ga，或負(fù)載化，載體為HZSM-5沸石分子篩，等離子體反應(yīng)器3a，b，c出口混合氣中，若甲烷未達(dá)到規(guī)定的10?20 %單程轉(zhuǎn)化率，分別通過氣栗lm，lb，Ic和In栗回，循環(huán)套用；經(jīng)過多段串聯(lián)等離子體活化反應(yīng)，控制甲烷多程總轉(zhuǎn)化率為?50%，以避免反應(yīng)器積碳為前提，得到的產(chǎn)物氣體中含甲烷?50%，乙烷0.1?20%，乙炔0.1?10%、丙烷0.1?10%，丁烷0.1?10%，氫氣5?20% ;反應(yīng)器3a，b，c出口混合氣根據(jù)需要，也可以不循環(huán)分別通過氣栗11或冷卻器8a，b及氣栗l1、Ij和Ik及預(yù)熱器2d直接進(jìn)入芳構(gòu)化反應(yīng)器4。
[0031]將等離子活化反應(yīng)后出口含C1-C4的混合氣，分別經(jīng)過冷卻器8a，b、氣栗l1、冷凝器7、氣栗lj、冷凝器6、氣栗lk、預(yù)熱器2d進(jìn)行換熱，預(yù)熱至200?400°C，進(jìn)入甲烷無氧芳構(gòu)化反應(yīng)器4中，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置輔助光源為高壓萊燈，波長為220?400nm，功率為20w?2kW，反應(yīng)器中裝填的催化劑有金屬鉬和釕，載體為敗31-5或腿01-22，反應(yīng)氣體壓力為0.1?
0.15MPa，反應(yīng)溫度為200?400 °C，經(jīng)過無氧芳構(gòu)化反應(yīng)器催化反應(yīng)，反應(yīng)器出口混合氣中含甲烷10?30%，芳烴30?40%，乙烷0.1?10%，丙烷0.1?10%，丁烷0.1?10%，氫氣5?30%。
[0032]將該產(chǎn)物氣體使用氣栗Id栗入鈀透氫膜分離器5，在300?400°C通過氫氣真空栗10脫除并回收氫氣，剩余混合氣體含芳烴、甲烷、乙烷、丙烷和丁烷及少量氫氣，通過氣栗le，If依次進(jìn)入冷凝器6，7中，通過氣栗Ig進(jìn)入冷卻器8a，b中換熱后，栗入氣液分離器9中，從氣液分離器9底部出口流出的冷凝液體為芳烴粗品(苯及少量甲苯)，頂部出口未冷凝的C1-C4烷烴，與進(jìn)料氣體混合后通過氣栗11返回至芳構(gòu)化反應(yīng)器4，或通過氣栗lh，In返回至等離子體反應(yīng)器3a中，循環(huán)套用。冷凝換熱器為二級冷凝器，采用多段串聯(lián)等離子體活化反應(yīng)器3a，b，c出口產(chǎn)物混合氣含甲烷、乙烷、乙炔、丙烷及丁烷為冷媒，該冷媒在換熱過程中被加熱，冷卻器Sb換熱器采用循環(huán)水為冷卻介質(zhì)，冷卻溫度為25?50°C，冷卻后的混合氣，通過氣液分離器9底部出口得液體芳烴粗品(苯及少量甲苯)，氣液分離器頂部出口為未轉(zhuǎn)化的C1-C4烷烴，通過氣栗11或Ih, In栗回，循環(huán)套用。
【主權(quán)項】
1.一種甲烷等離子體活化無氧芳構(gòu)化制備芳烴的方法，其一級反應(yīng)體系包含多段串聯(lián)等離子體活化反應(yīng)器、氣栗、預(yù)熱器、芳構(gòu)化反應(yīng)器、鈀透氫膜分離器、多級冷凝冷卻器及熱量回收和氣液分離器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一種甲烷等離子體活化無氧芳構(gòu)化制備芳烴的方法，其一級反應(yīng)體系未轉(zhuǎn)化的甲烷進(jìn)入二級反應(yīng)體系包含芳構(gòu)化反應(yīng)器、鈀透氫膜分離器、多級冷凝冷卻器及熱量回收和氣液分離器，以此類推。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一級反應(yīng)體系包含的多段串聯(lián)等離子體活化反應(yīng)器為多個反應(yīng)器依次串聯(lián)連接，反應(yīng)器材質(zhì)為石英玻璃，內(nèi)置介質(zhì)阻擋放電DBD，添加的催化劑是質(zhì)子酸 H+、或質(zhì)子酸的固載化、固體酸S12-Al2OhB2O3-Al2O3 及 Pt、Sr、Ga、W、Mo、La、T1、Ru、Zr和 Ce金屬及其金屬氧化物，或負(fù)載在載體上，載體為γ -Al2O3、沸石、介孔硅、T12、HZSM-5。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一級反應(yīng)體系包含的等離子體活化反應(yīng)器，為等離子體與催化劑組合，前區(qū)是等離子體后區(qū)是催化劑，或催化劑放置在等離子體區(qū)內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一級反應(yīng)體系包含的等離子體活化反應(yīng)器由石英玻璃管、氣腔、電極和散熱器組成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一級反應(yīng)體系包含的等離子體活化反應(yīng)器，其電流密度為100?1000A/cm2，氣體溫度為25?250°C，功率為1w?10kw。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述，一級反應(yīng)體系包含的等離子體活化反應(yīng)器，其電極形式為板式、管式或線管式。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述，一、二級反應(yīng)體系所包含的甲烷芳構(gòu)化反應(yīng)器為石英玻璃，內(nèi)置輔助光源紫外線或高壓汞燈、波長220?400nm，功率20w?2kW;催化劑為Mo、Zn、Cr、Pt、Co、Ru和W金屬及其氧化物、固載化質(zhì)子酸磷酸和硫酸，固體酸Si02-A1203、B203-Al203、雜多酸(磷鎢酸或磷鉬酸)、載體為分子篩、介孔硅、HZSM-5及HMCM-22，芳構(gòu)化反應(yīng)溫度為200?400。。。9.根據(jù)權(quán)利要求2所述，一、二級反應(yīng)體系包含的鈀透氫膜分離器、其使用溫度為300?400°C，從滲透端滲出的氫氣經(jīng)過換熱后，通過氫氣真空栗回收利用，未滲透的反應(yīng)產(chǎn)物乙烷、乙炔、丙烷、丁烷、苯及甲苯經(jīng)多級冷凝冷卻器間接回收熱量后，經(jīng)過芳烴氣液分離器回收粗品苯。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述，一、二級反應(yīng)體系所包括的芳烴氣液分離器底部出口為冷凝液體粗品苯及少量甲苯，頂部出口流出的未冷凝的氣體為甲烷、乙烷、乙炔、丙烷和丁烷混合氣，與等離子體活化反應(yīng)器出口氣體合并，通過氣栗返回至芳構(gòu)化反應(yīng)器，或返回至等離子體活化反應(yīng)器，循環(huán)套用。
【專利摘要】一種甲烷等離子體活化無氧芳構(gòu)化制備芳烴的方法，包含多段串聯(lián)等離子體活化反應(yīng)器、芳構(gòu)化反應(yīng)器、鈀透氫膜分離器、冷凝冷卻器、熱量回收和氣液分離器；反應(yīng)體系未轉(zhuǎn)化的甲烷循環(huán)套用；鈀透氫膜分離器滲透的氫氣，經(jīng)過氫氣真空泵回收利用，未滲透的乙烷、乙炔、丙烷、丁烷和芳烴，經(jīng)過冷凝器及氣液分離器回收液體芳烴后，未冷凝的乙烷、乙炔、丙烷、丁烷與甲烷合并返回反應(yīng)體系；本發(fā)明可回收副產(chǎn)氫氣，由于采用等離子體活化誘導(dǎo)反應(yīng)，提高了甲烷轉(zhuǎn)化率、促進(jìn)了反應(yīng)體系中小分子鏈烷烴的生成，這些鏈烷烴可作為甲烷的助反應(yīng)劑及自由基鏈的引發(fā)劑循環(huán)套用，大大提高了甲烷芳構(gòu)化的選擇性和產(chǎn)率，減少了積炭，降低了芳烴的生產(chǎn)成本。
【IPC分類】C07C2/76, C07C7/00, C07C15/04, C07C7/144, C07C7/09
【公開號】CN105669343
【申請?zhí)枴緾N201610131555
【發(fā)明人】魯伊恒, 楊濤, 陳穎, 馮文權(quán), 李寒旭, 李伏虎, 王金明, 陳曉玲
【申請人】安徽理工大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月8日