CN105582855A - 一种径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤化工技术领域，特别是涉及一种径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉。本发明公开了一种径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，其包含受压炉体、催化剂床层、气体分布筒、气体收集器，其特征在于所述受压炉体上部设有原料气入口和水出口，原料气入口炉体内设有气体分布器；受压炉体下部设有变换气出口和水入口；所述受压炉体内壁与催化剂床层之间设置有气体分布筒；受压炉体轴中心部位设置有气体收集器；所述催化剂床层中设置纵向取热装置，所述纵向取热装置为催化剂床层的上、下部位各设置一环形管箱，两环形管箱之间用多根纵向列管连接，列管穿过催化剂床层，上部环形管箱连接水出口，下部环形管箱连接水入口。

Description

一种径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉

技术领域

本发明涉及煤化工技术领域，特别是涉及一种径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉。

背景技术

天然气作为我国的三大石化能源之一，主要应用于发电、化工、民用燃料、工业燃料等重要领域，在目前乃至将来都具有较大的市场缺口。“富煤缺油少气”是我国能源的基本特点，煤炭作为重要的燃料和化工原料在我国国民经济发展过程中发挥着极其重要的作用。发展以煤为原料的石油及天然气替代产品势在必行，同时，发展现代新型煤化工是我国煤炭资源地产业结构整合升级的有效手段。煤制天然气作为典型的煤基替代能源项目，其产品为国民经济急需的天然气，具有广阔的市场前景。此外，煤制天然气是由煤气化后生产的合成气，再经甲烷化处理，工艺流程较为简单，是未来我国能源产业结构发展，尤其是煤化工产业值得关注和有望较快发展的技术路线。

目前甲烷化炉的形式均采用的是绝热式的轴向反应炉型。合成反应气从上部进入甲烷化炉内，经过催化剂床层进行反应生成甲烷同时释放出大量热量，甲烷气及未反应的合成气等从下部出口进入废热锅炉(或称换热器)进行换热，将高温气体的热量吸收降温后进入第二甲烷化炉再次进行甲烷化反应，依次进行三级或四级反应。

反应床层主要进行的化学反应：

CO+H₂O→H₂+CO₂+Q

绝热式变换炉存在的缺点：

1.变换炉内反应温度不易控制，反应过程中释放的反应热量不能及时撤出，因此会造成催化剂过烧现象，一段变换炉的转化率低；

2.催化剂床层高度较高，合成反应阻力降大，串联的台数越多阻力降越大，能耗就越大，三台串联系统总压降高达0.5～0.8MPa；

3.由于绝热反应的结构特征，导致设备受压壳体的金属温度较高，受压壳体厚度厚，对材料的要求高，设备造价昂贵。

发明内容

本发明的目的就是解决上述现有技术出现的问题，提供一种径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉。

为此，本发明公开了一种径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，其包含受压炉体、催化剂床层、气体分布筒、气体收集器，其特征在于所述受压炉体上部设有合成气入口和水出口，合成气入口炉体内设有气体分布器；受压炉体下部设有变换气出口和水入口；所述受压炉体内壁与催化剂床层之间设置有气体分布筒；受压炉体轴中心部位设置有气体收集器；所述催化剂床层中设置纵向取热装置，所述纵向取热装置为催化剂床层的上、下部位各设置一环形管箱，两环形管箱之间用多根纵向列管连接，列管穿过催化剂床层，上部环形管箱连接水出口，下部环形管箱连接水入口。

在一些实施例中，所述出水口处外设置膨胀节，将吸收包括纵向列管、环形管箱等内件因热膨胀产生的轴向位移。

在一些实施例中，所述受压炉体下部设有催化剂卸料口，以便于催化剂的更换。

在一些实施例中，所述受压炉体上部设有检修人孔，以便于设备的日常维护。

在一些实施例中，所述水出口和水入口均为4个，以减少流动阻力、提高取热效率。

在一些实施例中，所述气体分布筒均匀设有气孔，气孔的孔径小于等于6mm。

在一些实施例中，所述气体分布筒距其顶500mm内不开孔，所述气体分布筒距其底100mm内不开孔，以防催化剂沉降引起反应气回流和短路。

在一些实施例中，所述气体收集器分为上中下三段，各段分布多个气孔，且各段气孔数不同。

在一些实施例中，所述气体收集器距其顶500mm内不开孔，所述气体收集器距其底800mm内不开孔，以防催化剂沉降引起反应气回流和短路。

所述气体收集器、所述气体分布筒和所述环形管箱上设有多个定位块，对应地，所述受压炉体的内壁上设有多个定位板，使炉体和内部系统通过定位块相互定位，以便于安装和拆卸。

本发明的优点在于：催化剂反应床层温度可控；反应床层不会出现超温现象；反应床层温度分布均匀；单程反应转化率高，甲烷合成转化率高达85％以上；对催化剂的温度适用范围要求不高；合成气径向流过催化剂床层的距离短，压降小；副产中压蒸汽；受压壳体金属温度较低，设备造价较低。

附图说明

图1本发明一优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则所有的百分比和份数均按重量计。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

如图1所示，一种径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，其包含受压炉体13、催化剂床层7、气体分布筒6、气体收集器，所述受压炉体上部设有合成气入口1和水出口3，合成气入口1炉体内设有气体分布器4；受压炉体下部设有变换气出口12和水入口11；所述受压炉体13内壁与催化剂床层7之间设置有气体分布筒6；受压炉体轴中心部位设置有气体收集器9；所述催化剂床层7中设置纵向取热装置，所述纵向取热装置为催化剂床层7的上、下部位各设置一环形管箱5、10，两环形管箱之间用多根纵向列管8连接，列管8穿过催化剂床层7，上部环形管箱5连接水出口3，下部环形管箱10连接水入口11。

所述出水口3处外设置膨胀节2，将吸收包括纵向列管8、环形管箱5、10等内件因热膨胀产生的轴向位移。

所述受压炉体下部设有催化剂卸料口14，所述受压炉体上部设有检修人孔。所述水出口和水入口均为4个；所述气体分布筒均匀设有着气孔，气孔的孔径小于等于6mm。；所述气体分布筒上部距气体分布筒顶100mm内不开孔，所述气体分布筒下部距气体分布筒底100mm内不开孔，以防催化剂沉降引起反应气回流和短路。

所述气体收集器分为上中下三段，各段分布多个气孔，且各段气孔数不同。

所述气体收集器距气体收集器顶500mm内不开孔，所述气体收集器距气体收集器底800mm内不开孔，以防催化剂沉降引起反应气回流和短路。

合成气(H₂/CO＝3.1～3.3)从甲烷化炉顶部的合成气入口1进入气体分布器4和气体分布筒6分布后径向通过催化剂床层7，反应合成的甲烷气经过中心气体收集器中心管9收集后，从甲烷化炉下部甲烷气出口12流出。催化剂床层中设置有纵向列管8，锅炉水从下部水入口11进入，通过下部环形管箱10进入纵向列管8，在此吸收反应热量后从上部环形管箱5再经水出口3流出，在水出口3处设置有膨胀节2，吸收纵向列管8、环形管箱5、10等件因热膨胀产生的位移。

经实际应用，本发明单程反应转化率高，甲烷合成转化率可高达85％以上。

本发明原料气上进下出，阻力小；采用设置于设备内部的环形管板及环形管箱材料消耗少；本发明膨胀节设置于设备外部，对膨胀节的要求低，采用国产膨胀节；本发明无设备大法兰，无密封问题，设备造价低；本发明的催化剂卸出口设置于底部封头上，卸催化剂极为方便。

本发明的范围不受所述具体实施方案的限制，所述实施方案只作为阐明本发明各个方面的单个例子，本发明范围内还包括功能等同的方法和组分。实际上，除了本文所述的内容外，本领域技术人员参照上文的描述和附图可以容易地掌握对本发明的多种改进。所述改进也落入所附权利要求书的范围之内。上文提及的每篇参考文献皆全文列入本文作为参考。

Claims (10)

1.一种径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，其包含受压炉体(13)、催化剂床层(7)、气体分布筒(6)、气体收集器(9)，其特征在于所述受压炉体(13)上部设有水煤气入口(1)和水出口(3)，水煤气入口(1)炉体内设有气体分布器(4)；受压炉体(13)下部设有变换气出口(12)和水入口(11)；所述受压炉体(13)内壁与催化剂床层(7)之间设置有气体分布筒(6)；受压炉体轴中心部位设置有气体收集器(9)；所述催化剂床层(7)中设置纵向取热装置，所述纵向取热装置为催化剂床层(7)的上、下部位各设置一环形管箱(5、10)，两环形管箱之间用多根纵向列管(8)连接，列管(8)穿过催化剂床层(7)，上部环形管箱(5)连接水出口(3)，下部环形管箱(10)连接水入口(11)。

2.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，变其特征在于所述出水口(3)处外设置膨胀节(2)。

3.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，其特征在于所述受压炉体下部设有催化剂卸料口(14)。

4.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，其特征在于所述受压炉体上部设有检修人孔。

5.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，其特征在于所述水出口和水入口均为4个。

6.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，其特征在于所述气体分布筒均匀设有气孔，气孔的孔径小于等于6mm。

7.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，其特征在于所述气体分布筒上部距其顶部500mm内不开孔。

8.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，其特征在于所述气体分布筒下部距其底部100mm内不开孔。

9.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，其特征在于所述气体收集器分为上中下三段，各段分布气孔，且各段气孔数不同。

10.根据权利要求1所述的径向流动副产蒸汽式均温甲烷化炉，所述气体收集器距其顶部500mm内不开孔，所述气体收集器距其底部800mm内不开孔。