一种制乙烯、乙烷的方法及催化反应器

摘要

一种制乙烯、乙烷的方法及催化反应器，属于低碳烃技术领域。将富含甲烷的原料气与氧化性气体经过第一段颗粒状催化剂进行第一次甲烷催化转化反应后,反应混合气中补充氧化性气体再进入第二段整体式催化剂反应段进行第二次甲烷催化转化反应，最后收集反应产物；催化反应器顶部为设有原料气进口和氧化性气体进口的预混合室，下端相连通的为放有颗粒状催化剂第一段反应器，与之相连通的是氧化性气体补充器，与氧化性气体补充器相连通的是装有整体式催化剂的第二段反应器，下端开有产物出口。本发明提高了甲烷催化转化反应的单程甲烷转化率，工艺流程短，运行操作稳定，设备投资少。

主权项

一种将富含甲烷的原料气直接催化转化为乙烯、乙烷的方法，其特征在于，该催化反应器包括预混合器、填装第一段催化剂的第一段反应器、氧化性气体补充器和填装第二段催化剂的第二段反应器，该催化反应器顶部为一预混合室，在预混合室上设有原料气进口和氧化性气体进口，与预混合室的下端相连通的为第一段反应器，第一段反应器内放有颗粒状催化剂；与第一阶段反应器下端相连通的是氧化性气体补充器，氧化性气体补充器由与第一段反应器相连接、且等直径的壳体和壳体内与第一段反应器和第二段反应器相连通的、均匀分布的圆管组成，壳体上设有进气口，圆管的直径为0.5‑1mm，圆管的中间开有对称分布的、孔径为0.1‑0.3mm的孔；与氧化性气体补充器的另一端相连通的是第二段反应器，第二段反应器内装有整体式催化剂，第二段反应器的下端开有产物出口；反应时富含甲烷的原料气与氧化性气体经过第一段颗粒状催化剂进行第一次甲烷催化转化反应后，反应混合气中补充氧化性气体再进入第二段整体式催化剂反应段进行第二次甲烷催化转化反应，最后收集反应产物；催化反应器的第一段催化剂为粒径3mm的3(wt)％Ce/5(wt)％Na₂WO₄‑2(wt)％Mn/SBA‑15颗粒状催化剂，第二段催化剂为3(wt)％Ce/5(wt)％Na₃PO₄‑2(wt)％Mn/SBA‑15/堇青石整体式催化剂；第一段催化剂床层的长度为50mm，直径25mm；第二段催化剂床层的长度为50mm，直径25mm；原料煤层气的CH₄含量为100％，氧化性气体物质为O₂；反应压力为0.1MPa，CH₄和O₂的总气体空速为3.6x10⁴h^‑1，反应温度为800℃；反应气体组成：通过第一段颗粒状催化剂的原料气中的甲烷与氧化性气体中的氧气的摩尔组成甲烷72.3％，氧气24.1％，补充的氧气的摩尔百分数3.6％。