[发明专利]连续制备烯烃和芳烃的微通道反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续制备烯烃和芳烃的微通道反应装置，属于化工设备的技术领域。

背景技术

传统的天然气的化工利用大致可分为直接法和间接法两种。直接法如甲烷直接氧化制甲醇、甲醛和偶联制乙烯等，这些过程但由于目的产物在苛刻的反应条件下(高温、高压)，很容易深度氧化为CO₂和H₂O，收率和选择性较低，目前还不能与传统的石油化工过程相竞争，短期内很难实现工业化。因此，近年来天然气的间接转化利用再次成为世界各国研究的重点。其中，利用天然气先转化为合成气再制备氨、甲醇、液体燃料等已经实现了大规模工业生产，在化工生产中占有主导地位。但由于合成气的生产工艺复杂，设备投资巨大，能耗费用昂贵，限制了进一步的发展。

由于卤甲烷可以高效的转化为醇类、醚类、烯烃、高碳烃、芳烃等高附加值的化工产品，受到化学家的广泛关注。1985年，Olah等人报道了甲烷与氯气(或氯化氢)在氧气存在条件下，金属Pt催化剂上可反应得到氯甲烷，再以氯甲烷为中间体可以甲醇、高碳烃等化工产品。1988年，Taylor等人报道了甲烷通过氯氧化反应转化为氯甲烷，再由氯甲烷脱HCl转化为高碳烃。但氯甲烷在制备过程中放出热量大，反应不易控制，分离相对较困难，且氯甲烷与溴甲烷相比活化难度要大，限制了其在工业上的应用前景。

Lorkovic等人以金属溴化物为催化剂在O₂的作用下三步法氧化偶联甲烷制备高碳烃。周小平等人研究了以HBr和O₂作为介质对甲烷进行溴化生成CH₃Br和CH₂Br₂，再与催化剂作用生成烯烃等高碳烃。但这些合成方法中反应温度较高，催化剂结焦快，容易失活，不利于工业化应用。而采用微通道反应器，一方面能提高反应物料的充分接触效率，另一方面具有良好的传热效率，使反应在较低温度下就能进行，降低了对设备材料的要求，无形中降低了设备的投入和运行费用，具有良好的工业应用前景。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种附有催化剂便于在微反应体系中催化的连续制备烯烃和芳烃的微通道反应装置。

本发明采用连续化微反应体系，通过微通道效应强化传热传质，并连续不间断的将溴甲烷制备烯芳烃，极大的降低了反应温度，减少了能耗，降低了对设备材料的苛刻要求。并通过调节催化剂和反应温度以及停留时间，控制反应产物和收率，减少非目标产物的产生，提高了产品的转化率。该装置是一种连续化的微型化反应装置，结构简单，便于工业化的推广，而无放大效应。

技术方案：本发明所述的连续制备烯烃和芳烃的微通道反应装置，包括微通道反应管，所述微通道反应管包括管体和固化催化剂，所述管体设置有所述催化段，所述固化催化剂均匀固化于所述管体催化段的内壁上。通过将催化剂固化在内壁上，增加了催化剂与反应物的接触面积，提高了反应效率。

进一步地，所述管体的催化段设置于所述管体的中央，所述管体两端均设置有过滤段，所述过滤段的管体内设置有石英棉。

进一步地，所述微通道反应管内设置有静态混合器，所述静态混合器为SV、SZ、SX、SL、SK、SY或SD型静态混合器的一种。

进一步地，所述管体的形状为直管形或螺旋形。

进一步地，还包括惰性冷却气体罐、流量控制器和CH₃Br蒸汽发生器，所述惰性冷却气体罐出口连接至流量控制器，所述流量控制器的出口流出的气体与CH₃Br蒸汽发生器的出口流出的气体混合后接入所述微通道反应管的一端。

进一步地，还包括保温管，所述流量控制器的出口流出的气体与CH₃Br蒸汽发生器的出口流出的气体一同汇入保温管，保温管再接入所述微通道反应管的一端。

进一步地，所述CH₃Br蒸汽发生器包括微量注射泵、玻璃加热带和热电偶A，所述微量注射泵出口连接至所述玻璃加热带，所述玻璃加热带的出口流出的气体与所述流量控制器的出口流出的气体混合后接入所述微通道反应管的一端。

进一步地，还包括冷凝管、冷凝液收集器和低温冷却循环装置，所述微通道反应管的另一端接入所述冷凝管，所述冷凝管出口连接至冷凝液收集器，所述低温冷却循环装置与冷凝管相连接。

进一步地，还包括热电偶B，所述热电偶B设置于所述微通道反应管内。