CN220657554U - 一种耦合反应器和生产芳烃的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种耦合反应器和装置，该耦合反应器包括同轴分区分布的多个功能反应区，且各个功能反应区之间依据需要相连通以实现物料流动，在相邻两个功能反应区之间，设置中间夹层，各个所述中间夹层为绝热层和/或导热层。本实用新型的耦合反应器的设置方式能够保证热量的高效传递。将本实用新型的耦合反应器用于以含氧化合物生产芳烃，可以更好维持芳烃生产单元的反应温度，实现反应热的高效利用，具有能耗低、效率高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种耦合反应器和生产芳烃的装置。
背景技术
对于耦合反应过程，开发高效的能量传递***至关重要，由于吸/放热紧密耦合，吸热通道消耗的热量需要与放热通道产生的热量相匹配，反应器才能高效运行。若吸放热过程不匹配，反应器沿着反应流流动的方向温度发生突变，产生冷点或热点，导致局部温度梯度过大。一方面使得催化剂失活影响反应效率，另一方面会因为温度梯度所引发的热应力导致反应器安全性下降。因而，要平衡反应器通道两侧的能量、避免产生冷点和热点，就需要深入研究耦合反应过程的热匹配问题，精细设计两侧反应的传热/传质过程，这也对设备的设计开发提出了很高的要求。
CN107551967A和CN107442017A公开了两种强化连续流微反应器混合、传质和传热性能的方法和装置，通过缩小物料进口尺寸和在通道内增加挡板式结构实现过程强化。
CN112473612A公开了一种用于快速强放热反应的新型连续流耦合反应器，包括反应器壳体；所述反应器壳体内由上至下设有微结构混合器与大通量管式反应器，大通量管式反应器入口与微结构混合器出口相连。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术存在的能耗高、适应性差，产物收率低的问题，提供一种耦合反应器，该反应器能够更好维持生产单元的反应温度，实现反应热的高效利用，具有能耗低、效率高等优点。
为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种耦合反应器，该耦合反应器包括同轴分区分布的多个功能反应区，且各个功能反应区之间依据需要相连通以实现物料流动，在相邻两个功能反应区之间，设置中间夹层，各个所述中间夹层为绝热层和/或导热层。
本实用新型第二方面提供一种生产芳烃的装置，该***包括：本实用新型所述的耦合反应器。
本实用新型的耦合反应器的设置方式能够保证热量的高效传递。将本实用新型的耦合反应器用于以含氧化合物生产芳烃，可以更好维持芳烃生产单元的反应温度，实现反应热的高效利用，具有能耗低、效率高等优点。
附图说明
图1是根据本实用新型的一种实施方式的反应器运行过程的横截面示意图；
图2是根据本实用新型的一种实施方式的轻烃生产单元的原料与产品进出方式；
图3是根据本实用新型的一种实施方式的芳烃生产单元的原料与产品进出方式；
图4是根据本实用新型的一种实施方式的含氧原料生产芳烃的方法的流程示意图。
具体实施方式
在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”，“内、外”、“远、近”是指如附图所示的结构关系。
本实用新型提供一种耦合反应器，该耦合反应器包括同轴分区分布的多个功能反应区，且各个功能反应区之间依据需要相连通以实现物料流动，在相邻两个功能反应区之间，设置中间夹层，各个所述中间夹层为绝热层和/或导热层。
根据本实用新型的一种优选实施方式，如图1所示，所述反应器包括同轴分区分布的轻烃生产单元和芳烃生产单元，轻烃生产单元和芳烃生产单元之间设置有导热夹层，轻烃生产单元和芳烃生产单元能够连通实现物料流动；轻烃生产单元装填有轻烃生产催化剂且位于芳烃生产单元外侧，芳烃生产单元装填有生产芳烃催化剂。本实用新型的耦合反应器的设置方式能够保证热量的高效传递。将本实用新型的耦合反应器用于以含氧化合物生产芳烃，可以更好维持芳烃生产单元的反应温度，实现反应热的高效利用，具有能耗低、效率高等优点。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述轻烃生产单元的原料入口与所述芳烃生产单元的原料入口设置使得所述芳烃生产单元的原料在轴向的流动方向与轻烃生产单元的原料在轴向的流动方向相反。
根据本实用新型的一种优选实施方式，如图2所示，所述轻烃生产单元的原料入口为外侧壁一端，产品出口为外侧壁的另一端，优选地，原料入口与产品出口呈中心对称分布。
根据本实用新型的一种优选实施方式，如图3所示，其中，所述芳烃生产单元的原料入口为该单元轴向的一端，产品出口为轴向的另一端，优选地，原料入口与产品出口呈中心对称分布。
本实用新型中轻烃生产单元与所述芳烃生产单元依据需要进行连通，连通方式可以依据反应需要确定连接方式，根据本实用新型的一种优选实施方式，轻烃生产单元的产品出口与所述芳烃生产单元的原料入口通过管线连通。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述的芳烃生产单元的入口端装有导流分布板。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述导热夹层的导热介质为导热油和/或导热熔盐。
本实用新型所述的耦合反应器特别适合在含氧原料生产芳烃中应用。
本实用新型的耦合反应器的设置方式能够保证热量的高效传递。将本实用新型的耦合反应器用于以含氧化合物生产芳烃，可以更好维持芳烃生产单元的反应温度，实现反应热的高效利用，具有能耗低、效率高等优点。
本实用新型提供一种以含氧原料生产芳烃的***，如图4所示，该***包括：所述耦合反应器；
以及设置在所述耦合反应器的轻烃生产单元①、芳烃生产单元④连通管线之间的吸附脱水单元②；干气去除单元③；
与芳烃生产单元产品出口依次串联连通的急冷单元⑤和芳烃分离单元⑥；所述耦合反应器为本实用新型所述的耦合反应器。
本实用新型的以含氧原料生产芳烃的装置，利用几个单元形成的新的***，该***用于以含氧原料生产芳烃，具有对含氧原料适应性强、芳烃收率高、长周期稳定性好、能耗低的优点。
根据本实用新型的一种优选实施方式，轻烃生产单元和芳烃生产单元之间设置有导热夹层。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述轻烃生产单元的原料入口与所述芳烃生产单元的原料入口设置使得所述芳烃生产单元的原料在轴向的流动方向与轻烃生产单元的原料在轴向的流动方向相反。
根据本实用新型的一种优选实施方式，所述轻烃生产单元的原料入口为外侧壁一端，产品出口为外侧壁的另一端，优选地，原料入口与产品出口呈中心对称分布。
根据本实用新型的一种优选实施方式，其中，所述芳烃生产单元的原料入口为该单元轴向的一端，产品出口为轴向的另一端，优选地，原料入口与产品出口呈中心对称分布。
根据本实用新型的一种优选实施方式，吸附脱水单元②含有顶部进口、底部出口。
根据本实用新型的一种优选实施方式，干气去除单元③含有底部进口、顶部出口。
根据本实用新型的一种优选实施方式，急冷单元⑤含有底部进口、顶部出口。
根据本实用新型的一种优选实施方式，芳烃分离单元⑥含有顶部非芳烃物流出口和底部芳烃物流出口。
本实用新型的装置特别适合生产芳烃，如图4所示，该方法在本实用新型所述的***中进行，该方法包括：
(1)将原料通入轻烃生产单元得到主要含有含碳化合物、干气和水的产物；
(2)含碳化合物通过管线送入芳烃生产单元得到主要含芳烃、非芳烃的产物。
下面通过实施例对本实用新型作进一步阐述。但应当理解，本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
以下实施例按照图4所示流程进行。
所述耦合反应器包括同轴分区分布的轻烃生产单元和芳烃生产单元，轻烃生产单元和芳烃生产单元之间间设置有导热夹层，轻烃生产单元和芳烃生产单元能够连通实现物料流动；轻烃生产单元装填有轻烃生产催化剂且位于芳烃生产单元外侧，芳烃生产单元装填有生产芳烃催化剂；
所述轻烃生产单元的原料入口为外侧壁一端，产品出口为外侧壁的另一端，原料入口与产品出口呈中心对称分布；
所述芳烃生产单元的原料入口为该单元轴向的一端，产品出口为轴向的另一端，原料入口与产品出口呈中心对称分布；
轻烃生产单元的产品出口与所述芳烃生产单元的原料入口通过管线连通；
所述导热夹层的导热介质为导热熔盐；
吸附脱水单元②含有顶部进口、底部出口；
干气去除单元③含有底部进口、顶部出口；
急冷单元⑤含有底部进口、顶部出口；
芳烃分离单元⑥含有顶部非芳烃物流出口和底部芳烃物流出口；
以下实施例和对比例：
吸附脱水单元的操作条件包括：吸附温度为40±5℃；吸附压力为0.50±0.05MPa，吸附剂为3A分子筛。
干气去除单元的操作条件包括：操作温度为30±5℃；操作压力为0.40±0.05MPa。
急冷单元的操作条件包括：出口温度为50±5℃；操作压力为0.30±0.05MPa。
芳烃分离单元的操作条件包括：出口温度为30±5℃；操作压力为0.40±0.05MPa。
本实用新型中，芳烃的碳基收率的计算方式为：芳烃碳基收率＝产物中芳烃总重量/(原料总重量-产物水总重量)。
本实用新型中，无特殊说明，各个含量为重量含量。
实施例1
采用本实用新型涉及的耦合反应器，以甲醇为原料，将该原料通入轻烃生产单元中，采用商用的MTP催化剂(65％ZSM-5分子筛+35％氧化铝粘结剂)，在反应温度530℃，压力为1.2MPa的条件下，轻烃生产单元中生成如下产品：42％轻烃，3％干气，剩余的为水。
随后将轻烃生产单元中生成的含碳化合物，在吸附脱水单元；干气去除单元依次脱除水和干气后，产品进入芳烃生产单元，芳烃生产单元采用固定床反应器形式和商用的芳构化催化剂(来自CN201510141378实施例1)，通过控制外取热量，将芳烃生产单元的反应条件控制在：反应器内平均温度为470℃，压力为2.3MPa；之后产物去急冷单元和芳烃分离单元分离。
采用以上技术方案，产物中芳烃的碳基收率达到70％，并且芳烃生产单元不需要额外补给热量。
对比例1
采用未耦合的独立的两个轻烃生产单元和芳烃生产单元，以甲醇为原料，将该原料通入轻烃生产单元中，采用商用的MTP催化剂(65％ZSM-5分子筛+35％氧化铝粘结剂)，在反应温度530℃，压力为1.2MPa的条件下，轻烃生产单元中生成如下产品：42％轻烃，1％氢气，剩余的为水。
随后将轻烃生产单元中生成的含碳化合物，在吸附脱水单元；干气去除单元依次脱除水和干气后，产品进入芳烃生产单元，芳烃生产单元采用固定床反应器形式和商用的芳构化催化剂(来自CN201510141378实施例1)。
其中，轻烃生产单元多余的热量由芳烃生产单元的原料通过热交换带入，反应条件为：反应器内平均温度只有370℃，压力为0.3MPa。
采用以上技术方案，在芳烃生产单元不额外补给热量的工况下，产物中芳烃的碳基收率只有49％。
以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种耦合反应器，其特征在于，该耦合反应器包括同轴分区分布的多个功能反应区，且各个功能反应区之间依据需要相连通以实现物料流动，在相邻两个功能反应区之间，设置中间夹层，各个所述中间夹层为绝热层和/或导热层。
2.根据权利要求1所述的耦合反应器，其特征在于，所述反应器包括同轴分区分布的轻烃生产单元和芳烃生产单元，轻烃生产单元和芳烃生产单元之间设置有导热夹层，轻烃生产单元和芳烃生产单元能够连通实现物料流动；轻烃生产单元装填有轻烃生产催化剂且位于芳烃生产单元外侧，芳烃生产单元装填有生产芳烃催化剂。
3.根据权利要求2所述的耦合反应器，其特征在于，所述轻烃生产单元的原料入口与所述芳烃生产单元的原料入口设置使得所述芳烃生产单元的原料在轴向的流动方向与轻烃生产单元的原料在轴向的流动方向相反。
4.根据权利要求3所述的耦合反应器，其特征在于，所述轻烃生产单元的原料入口为外侧壁一端，产品出口为外侧壁的另一端。
5.根据权利要求4所述的耦合反应器，其特征在于，所述轻烃生产单元的原料入口与产品出口呈中心对称分布。
6.根据权利要求3所述的耦合反应器，其特征在于，所述芳烃生产单元的原料入口为该单元轴向的一端，产品出口为轴向的另一端。
7.根据权利要求6所述的耦合反应器，其特征在于，所述芳烃生产单元的原料入口与产品出口呈中心对称分布。
8.根据权利要求2所述的耦合反应器，其特征在于，轻烃生产单元的产品出口与所述芳烃生产单元的原料入口通过管线连通。
9.根据权利要求2所述的耦合反应器，其特征在于，所述的芳烃生产单元的入口端装有导流分布板；和/或
所述导热夹层的导热介质为导热油和/或导热熔盐。
10.一种生产芳烃的装置，其特征在于，该装置包括：权利要求1-9中任意一项所述的耦合反应器。
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