CN202087322U - 反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种反应器，包括：外壳，所述外壳的内部形成反应腔；隔热层，所述隔热层衬垫在所述外壳的内侧壁上并环绕所述反应腔；进气管件，所述进气管件连通所述反应腔，用于向反应腔中提供原料气体；和出气管件，所述出气管件连通所述反应腔，用于排出反应腔中经反应后所得到的合成气体。其中所述反应器还包括：冷却气管件，所述冷却气管件的一端从所述出气管件的位于反应腔中的内部端口插入所述出气管件中，用于向所述出气管件中通入温度低于反应腔中的反应温度的低温冷却气体，且所述低温冷却气体的成分与所述合成气体的成分完全相同。本实用新型能够有效防止反应腔中的高温经出气管件传递到外壳，而且能够防止高温合成气体直接传输到后续设备中。

Description

反应器

技术领域

本实用新型涉及一种耐高温的气体反应器。

背景技术

近几年世界石油能源供求矛盾的日益尖锐，虽然金融风暴引发的金融危机使能源价格暂时低迷，但随着石油资源的日益枯竭，以煤为能源原料的气化、液化技术又得到人们的重视。我国是一个油气相对贫乏的国家，石油的储量远远不能满足我国对能源的需求，但是较丰富的煤资源有很大的利用空间，从长远看，以煤为原料生产甲烷，将是未来能源利用的趋势。因此，以煤为源头生产甲烷，在我国具有战略意义。

另外，全国每年约排入大气的焦炉气为350亿立方米，不但造成资源浪费，而且还严重影响环境，加速温室效应。考虑到上述情况并结合我国大部分地区天然气缺少紧张的局面，我公司提出利用焦炉气合成甲烷的焦炉气综合利用方案。

2008年11月，由本公司设计的日产300Nm3甲烷的中试装置在廊坊建成，中试装置完成与甲烷合成催化剂匹配性能优良的反应器的设计，完成净化系统和合成系统工业控制方案，此装置是国内第一套煤基合成气制甲烷的工艺装置，验证了合成甲烷催化剂中试放大性能、工艺流程的工业可行性。

中试装置建成至今，已经过多次试验，积累了大量试验数据。

2010年六月，我公司中试甲烷化装置在原有技术的基础上，对工艺流程和核心设备反应器进行改造，本次改造的核心内容是设计开发一种耐高温的甲烷化反应器(目前国内对甲烷化反应器的研究都局限于500℃以下)。并试验新型催化剂性能，使整个工艺对与气体来源适应性增强，并且更容易实现工业操作控制，从而更适合于大规模生产。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种更适合于大规模生产的、耐高温的气体反应器。

根据本实用新型的一个方面，提供一种反应器，包括：外壳，所述外壳的内部形成反应腔；隔热层，所述隔热层衬垫在所述外壳的内侧壁上并环绕所述反应腔；进气管件，所述进气管件连通所述反应腔，用于向反应腔中提供原料气体；和出气管件，所述出气管件连通所述反应腔，用于排出反应腔中经反应后所得到的合成气体。其中所述反应器还包括：冷却气管件，所述冷却气管件的一端从所述出气管件的位于反应腔中的内部端口插入所述出气管件中，用于向所述出气管件中通入温度低于反应腔中的反应温度的低温冷却气体，并且所述低温冷却气体的成分与所述合成气体的成分完全相同。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述原料气体为焦炉煤气，所述合成气体和低温冷却气体为甲烷。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述反应腔中的反应温度大于500℃，并且所述反应腔中的反应压力大于3Mpa。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述反应腔中的反应温度在500℃～900℃的范围内。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述反应腔中的反应温度为700℃。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述反应腔中的反应压力在3MPa～5.5MPa的范围内。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述反应腔中的反应压力在4MPa～5.5MPa的范围内。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述反应腔中的反应压力为4.0MPa。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述冷却气管件的位于反应器外部的外部端口和所述出气管件的位于反应器外部的外部端口通过连接管路相互连通，并且对冷却气管件和出气管件之间的所述连接管路进行冷却。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述冷却气管件的位于反应器外部的外部端口与存储有所述低温冷却气体的气源连接。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述反应器还包括测量反应腔中的反应温度的温度测量装置，所述温度测量装置包括：从反应器的顶部伸入反应腔中的测温套管；和插入所述测温套管中的温度计。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述测温套管由铁铝瓷制成。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述反应器还包括至少一个取样管件，所述取样管件与所述反应腔连通。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述反应器包括多个取样管件，所述多个取样管件布置在不同的高度。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述取样管件包括：位于内部的铁铝瓷管；位于外部的不锈钢管；和填充在所述铁铝瓷管和所述不锈钢管之间的耐火胶泥。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述反应器还包括用于排出反应腔中的反应残渣的卸料口和用于堵塞该卸料口的卸料口塞。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述卸料口塞包括：位于内部的耐火衬里；和包裹在所述耐火衬里外部的耐火纤维棉。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述外壳包括：中间筒体；位于中间筒体上方的上封盖；和位于中间筒体下方的下封盖。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述上封盖与所述中间筒体通过法兰盘连接；并且所述下封盖与所述中间筒体通过焊接连接。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述隔热层包括位于所述上封盖内的第一部分和位于所述中间筒体和下封盖内的第二部分；并且所述隔热层的第一部分与所述第二部分之间的密封配合表面为凹凸不平的密封配合表面。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述密封配合表面是锥度为30度的锯齿形表面。

根据本实用新型的另一个优选实施例，在所述中间筒体外部环绕有对所述外壳冷却用的外部水夹套。

根据本实用新型的另一个优选实施例，除取样管件(4)外，其余与所述反应腔中的高温气体接触的材料都是OCr25Ni20渗铝。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述外壳的材料采用OCr18Ni9。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述隔热层由QA212型隔热衬里构成。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述上封盖的法兰盘的材料采用20MnMo，并且内侧堆焊OCr18Ni9。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述进气管件的材料采用OCr18Ni9。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述冷却气管件的插入所述出气管件中的部分上开设有多个小孔。

根据本实用新型的另一个优选实施例，所述多个小孔沿所述冷却气管件的圆周均匀间隔分布。

在本实用新型中，冷却气管件的一端插入出气管件中，并向出气管件中通入温度低于反应腔中的反应温度的低温冷却气体，从而能够有效降低出气管件中的温度，从而能够有效防止反应腔中的高温经出气管件传递到外壳，而且能够防止高温合成气体直接传输到后续设备中，从而能够降低后续设备的材料对耐高温的要求。

附图说明

图1显示根据本实用新型的一个优选实施例的反应器的剖视图；

图2显示图1中的冷却气管件的插入出气管件中的部分的纵向剖视图和横截面剖视图；

图3显示图1中的一个取样管件的纵向剖视图和横截面剖视图；

图4是图1中的圆圈A处的局部放大示意图，显示出锯齿形的密封配合表面；和

图5显示用于反应器的卸料口塞的剖面图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本实用新型实施方式的说明旨在对本实用新型的总体实用新型构思进行解释，而不应当理解为对本实用新型的一种限制。

图1显示根据本实用新型的一个优选实施例的反应器的剖视图。如图1所示，反应器具有安装在基座1上的一个外壳，在该外壳的内部形成有反应腔13。如图1所示，为了防止外壳受到反应腔13内的高温气体的影响，在该外壳的内侧壁上衬垫有隔热层12，并且该隔热层12环绕该反应腔13。

如图1所示，在反应器上设置有一个进气管件11，该进气管件11伸入并连通反应腔13，用于向反应腔13中提供原料气体。

如图1所示，在反应器上还设置有一个出气管件14，该出气管件14伸入并连通反应腔13，用于排出反应腔13中经反应后所得到的合成气体。

在图1所示的优选实施例中，在反应器上还设置有一个冷却气管件3，如图1所示，冷却气管件3设置在与出气管件14相对的一侧上，并且冷却气管件3的一端从出气管件14的位于反应腔13中的内部端口插入出气管件14中，用于向出气管件14中通入温度低于反应腔13中的反应温度的低温冷却气体，并且该低温冷却气体的成分与前述合成气体的成分完全相同。采用这种冷却结构，就可以避免出气管件14受到反应腔13中的高温影响，将出气管件14中的气体温度有效地控制在一个较低的温度以内，有利于降低后续设备的材料要求，并可避免出气管件14中的“析化”反应。

在本实用新型的一个优选实施例中，前述原料气体可以为焦炉煤气，合成气体和低温冷却气体可以为甲烷。但是，本实用新型的反应器不局限于焦炉煤气的甲烷化反应器，还可以是其它气体反应器。

在本实用新型的另一个优选实施例中，反应腔13中的反应温度大于500℃，并且反应腔13中的反应压力大于3MPa。

优选地，在本实用新型中，反应腔13中的反应温度可以在500℃～900℃的范围内。更优选地，反应腔13中的反应温度可以为700℃。

优选地，反应腔13中的反应压力可以在3MPa～5.5MPa的范围内。更优选地，反应腔13中的反应压力可以在4MPa～5.5MPa的范围内。更优选地，反应腔13中的反应压力可以为4.0Mpa。

尽管未图示，在本实用新型的一个优选实施例中，冷却气管件3的位于反应器外部的外部端口和出气管件14的位于反应器外部的外部端口通过连接管路相互连通，并且对冷却气管件3和出气管件14之间的连接管路进行冷却。从出气管件14流出的一部分高温合成气体在被冷却后经冷却气管件3回流到出气管件14中，与高温合成气体混合，从而将出气管件14中的气体温度有效地控制在较低的范围内。

尽管未图示，在本实用新型的另一个优选实施例中，冷却气管件3的位于反应器外部的外部端口与存储有低温冷却气体的气源连接，将低温冷却气体引导进出气管件14中，与高温合成气体混合，从而将出气管件14中的气体温度有效地控制在较低的范围内。

在本实用新型的一个优选实施例中，反应器还包括测量反应腔13中的反应温度的温度测量装置。该温度测量装置包括从反应器的顶部伸入反应腔13中的测温套管10和插入测温套管10中的温度计。在该优选实施例中，由于采用了预埋进隔热层12中测温套管10，温度计在测温套管10中插拔，从而不会造成对测温口的损害。

在本实用新型的一个优选实施例中，由于测温套管10要耐高温，在本实用新型中测温套管10可以采用铁铝瓷，或者采用OCr25Ni20渗铝。

如图1所示，在本实用新型的一个优选实施例中，反应器还包括至少一个取样管件4，该取样管件4伸入反应腔13中并与反应腔13连通。

在本实用新型的另一个优选实施例中，反应器可以包括多个取样管件4，多个取样管件4布置在不同的高度，例如，以螺旋形式分布在不同的高度。

图3显示图1中的一个取样管件的纵向剖视图和横截面剖视图。如图3所示，在该图示的优选实施例中，取样管件4包括：位于内部的铁铝瓷管4c；位于外部的不锈钢管4a；和填充在铁铝瓷管4c和不锈钢管4a之间的耐火胶泥4b。

如图1所示，反应器还包括用于排出反应腔中的反应残渣的卸料口和用于堵塞该卸料口的卸料口塞15。

图5显示用于反应器的卸料口塞的剖面图。如图5所示，在图示的优选实施例中，卸料口塞15包括：位于内部的耐火衬里15a；和包裹在耐火衬里15a外部的耐火纤维棉15b。

如图5所示，在卸料口塞15的内部浇注前插入端部带孔的不锈钢扁钢15c成型。安装时压紧不锈钢扁钢15c，接管端部可以设计锥度15度，有效保证了隔热塞密封。卸催化剂时，用钢棒伸入孔中，拔出隔热塞。卸料口的设计隔绝了高温气体，又方便更换催化剂。

如图1所示，在图示的优选实施例中，反应器的外壳包括：中间筒体5；位于中间筒体5上方的上封盖8；和位于中间筒体5下方的下封盖2。但是，需要说明的是，本实用新型的外壳不局限于上述分体结构，还可以是一个整体件。

在本实用新型的一个优选实施例中，如图1所示，上封盖8与中间筒体5通过法兰盘7连接。下封盖2与中间筒体5通过焊接连接。在本实用新型的一个优选实施例中，外壳的材料采用OCr18Ni9。隔热层由QA212型隔热衬里构成。法兰盘7的材料采用20MnMo，并且内侧堆焊OCr18Ni9。

图4是图1中的圆圈A处的局部放大示意图，显示出锯齿形的密封配合表面。

如图1和图4所示，在图示的优选实施例中，隔热层12包括位于上封盖8内的第一部分12a和位于中间筒体5和下封盖2内的第二部分12b。隔热层12的第一部分12a与第二部分12b之间的密封配合表面为凹凸不平的密封配合表面。与平坦的配合表面相比，这种凹凸配合表面能够提高气密性。优选地，密封配合表面是锥度为30度的锯齿形表面。

如图1所示，在本实用新型的一个优选实施例中，在中间筒体5外部环绕有对外壳冷却用的外部水夹套6。外部循环水夹套6起保护作用，保证可能因隔热层裂纹或脱落造成的超温。

在本实用新型的一个优选实施例中，除取样管件4外，其余与反应腔中的高温气体接触的材料都采用OCr25Ni20渗铝。在本实用新型的该优选实施例中，采用OCr25Ni20渗铝能够满足耐高温和隔绝镍基的要求，从而能够防止脱碳现象。

由于进气管件11的温度较低，通常低于400℃，因此，在本实用新型的一个优选实施例中，进气管件11的材料采用OCr18Ni9。

图2显示图1中的冷却气管件的插入出气管件中的部分的纵向剖视图和横截面剖视图。

如图1和图2所示，在图示的优选实施例中，冷却气管件3的插入出气管件14中的部分上开设有多个小孔3a。这样能够使从冷却气管件3流出的冷却气体与出气管件14中的高温气体快速和均匀地混合，以便有效地控制出气管件14中的温度，例如，将出气管件14中的温度控制在400℃以下。

如图2所示，在本实用新型的优选实施例中，沿冷却气管件3的圆周均匀间隔地分布多个小孔3a。

虽然结合附图对本实用新型进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本实用新型优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本实用新型的一种限制。

虽然本总体实用新型构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体实用新型构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (16)

1.一种反应器，包括：

外壳，所述外壳的内部形成反应腔(13)；

隔热层(12)，所述隔热层(12)衬垫在所述外壳的内侧壁上并环绕所述反应腔(13)；

进气管件(11)，所述进气管件(11)连通所述反应腔(13)，用于向反应腔(13)中提供原料气体；和

出气管件(14)，所述出气管件(14)连通所述反应腔(13)，用于排出反应腔(13)中经反应后所得到的合成气体，

其特征在于，所述反应器还包括：

冷却气管件(3)，所述冷却气管件(3)的一端从所述出气管件(14)的位于反应腔(13)中的内部端口插入所述出气管件(14)中，用于向所述出气管件(14)中通入温度低于反应腔(13)中的反应温度的低温冷却气体。

2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述冷却气管件(3)的位于反应器外部的外部端口和所述出气管件(14)的位于反应器外部的外部端口通过连接管路相互连通，并且对冷却气管件(3)和出气管件(14)之间的所述连接管路进行冷却。

3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述冷却气管件(3)的位于反应器外部的外部端口与存储有所述低温冷却气体的气源连接。

4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，

所述反应器还包括测量反应腔(13)中的反应温度的温度测量装置，所述温度测量装置包括：

从反应器的顶部伸入反应腔(13)中的测温套管(10)；和

插入所述测温套管(10)中的温度计。

5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，

所述反应器还包括至少一个取样管件(4)，所述取样管件(4)与所述反 应腔(13)连通。

6.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，

所述反应器包括多个取样管件(4)，所述多个取样管件(4)布置在不同的高度。

7.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述取样管件(4)包括：

位于内部的铁铝瓷管；

位于外部的不锈钢管；和

填充在所述铁铝瓷管和所述不锈钢管之间的耐火胶泥。

8.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，

所述反应器还包括用于排出反应腔中的反应残渣的卸料口和用于堵塞该卸料口的卸料口塞(15)。

9.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述卸料口塞(15)包括：

位于内部的耐火衬里；和

包裹在所述耐火衬里外部的耐火纤维棉。

10.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述外壳包括：

中间筒体(5)；

位于中间筒体(5)上方的上封盖(8)；和

位于中间筒体(5)下方的下封盖(2)。

11.根据权利要求10所述的反应器，其特征在于，

所述上封盖(8)与所述中间筒体(5)通过法兰盘(7)连接；并且

所述下封盖(2)与所述中间筒体(5)通过焊接连接。

12.根据权利要求11所述的反应器，其特征在于，

所述隔热层(12)包括位于所述上封盖(8)内的第一部分和位于所述中 间筒体(5)和下封盖(2)内的第二部分；并且

所述隔热层(12)的第一部分与所述第二部分之间的密封配合表面为凹凸不平的密封配合表面。

13.根据权利要求12所述的反应器，其特征在于，所述密封配合表面是锥度为30度的锯齿形表面。

14.根据权利要求10所述的反应器，其特征在于，在所述中间筒体(5)外部环绕有对所述外壳冷却用的外部水夹套(6)。

15.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述冷却气管件(3)的插入所述出气管件(14)中的部分上开设有多个小孔(3a)。

16.根据权利要求15所述的反应器，其特征在于，沿所述冷却气管件(3)的圆周均匀间隔地分布多个小孔(3a)。 

Images