[实用新型]甲烷氧化偶联反应用薄层床催化反应器

说明书

本实用新型涉及一种能适合甲烷氧化偶联制乙烯反应放大和工业化的催化反应装置。

近年来甲烷直接氧化偶联制乙烯反应引起了世界各国的重视，研究工作发展迅速。甲烷氧化偶联制乙烯是一种强放热反应，反应热高达83千卡／克分子。为此，采用什么手段能使新研究成功的有效催化剂能实现工业化生产的目的，成为各国争相研究的关健问题。

目前国内外对该手段的研究多集中在用小型固定床筛选高效催化剂，主要是采用流化床或多段固定床的办法取走反应热以实现放热反应的放大。但是这些办法对工业化生产均有不少不便之处。

本实用新型的目的是向公众提供一种能取走甲烷氧化偶联制乙烯强放热反应的热量，通过热交换控制保持催化反应床温度和保持催化剂的催化效率，便于工业化生产的装置。

本实用新型的技术措施是由热交换装置和反应炉相连接而构成。热交换器的上、下端由带阀门和出气孔的环形热交换管联接，热交换器的下半部分有进气孔，上半部分与反应炉的项部有管道连通，反应炉的底部是圆锥形有管道与带有两个阀门之间的热交换管连通。

在热交换器内，安装有许多纵向排列的热交换管。在反应炉内，从下至上依次设置的是多孔支撑板，填料层，催化剂床层和电加热器。催化床层由催化剂与载体组成。催化剂和载体的外形可以是球形、环形、蜂窝状形、车轮形、片状或颗粒状形。载体起稀释催化剂的作用，以免发热太大催化床层升温太快，烧坏催化剂。其厚度为30～80mm。催化剂与载体的平均粒度直径为2～20mm，支撑填料可用球形、柱形或块形状的Al₂O₃，S₁O₂等，以起到支撑催化剂床和减少反应器空间的作用。多孔板由陶瓷或Al₂O₃，S₁O₂，S₁O₂－Al₂O₃等制成起支撑填料作用。设在热交换管上的两个控制阀，起到控制通入热交换器的产物气的量，以控制原料予热温度。

予热温度。

本实用新型的优点在于结构简单，操作方便，易于控制，避免了流化床要求催化剂粒度细，强度高而不适应甲烷氧化偶联催化剂多属碱性氧化物的要求，以及反应温度高，流化床材质难解决的缺点。也避免了多段进料床制作麻烦，工艺复杂，操作不便的缺点。而本实用新型对于那些在很薄的催化剂床层中，反应物就能进行较为完全的反应，是目前比较理想的实现甲烷氧化偶联制乙烯放大或工业生产的反应器。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型的结构示意图

图2是热交换器示意图

图3是多孔支撑板示意图

其中：1、热交换器；2、热电偶；3、反应炉；4、电加热器；5、催化剂床层；6、填料层；7、多孔支撑板；8、阀门；9、环形热交换管道；10、热交换管；11、支撑板孔；12、拆卸工作孔。

实施例1：用La₂O₃／BaO催化剂，催化剂形状为5～10mm的块状，填料为φ5～10mm的球形Al₁O₃，反应炉内径68mm，催化剂床层高度为30mm，在CH₄空速为5000h^－1，CH₄／O₂比为3.3，预热温度750℃，催经剂床层温度800℃时，获得CH₄转化率22～24％，C₂选择性56％的结果。

实施例2：用CaO－MgO／Ca₂O₃催化剂，和载体为外φ16mm，内φ6mm，高为5～10mm的拉西环，催化剂与载体比为1：1。填料为5～10mm的Al₁O₃－SiO₂，反应炉内径为100mm，催化剂床层高度为60mm，在CH₄空速2000h^－1，CH₄／O₂比为2.67，预热温度800℃，催化剂床层温度740℃时，获得CH₄转化率24～26％，C₂选择性52％的结果。