CN203540513U - 用于甲烷化工艺的微通道反应器 - Google Patents

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王照成
晏双华
卢文新
李繁荣
胡四斌
徐建民
夏吴
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Abstract

本实用新型涉及一种用于甲烷化工艺的微通道反应器，解决了现有甲烷化反应器设备尺寸庞大、空间利用率低、存在催化剂死区、存在气体偏流等问题。技术方案包括上端设有进气口、下端设有出气口的壳体，所述壳体内进气口处设有第一气体分布器，所述壳体的中部设有微通道反应区，所述微通道反应区由多条相互平行的装填或涂敷有甲烷化催化剂的微通道组成，所述微通道的上、下两端经上、下支撑板固定在壳体上。本实用新型结构简单、尺寸小，空间利用率高、催化剂用量少，CO转化率高，无气体偏流和短路现象。

Description

用于甲烷化工艺的微通道反应器
技术领域
本实用新型涉及一种甲烷化反应器，具体的说是一种用于甲烷化工艺的微通道反应器。
背景技术
甲烷化装置是煤制天然气项目中的重要组成部分，其中甲烷化反应器是其核心设备。甲烷化反应是强放热反应，研究表明，每转化1%的CO的绝热温升超过70℃。同时，由于受催化剂起活温度的限制，催化剂入口温度一般在280℃左右，目前工业化的煤制天然气的甲烷化均采用多个绝热甲烷化反应器串联，分级进行甲烷化反应。主要的甲烷化技术专利商有：德国鲁奇公司，丹麦托普索公司和英国戴维公司。传统的甲烷化反应器存在设备尺寸庞大、空间利用率低、存在催化剂死区、存在气体偏流等问题。
微化工技术是20世纪90年代兴起的一个现代化工前沿研究领域，在解决传统化工过程中高能耗、高物耗、环境污染严重等诸多令人困扰的难题方面提供了一种全新的思路，被公认为是化学工程领域的优先发展方向之一。微通道反应器是一种单元反应界面尺度为微米量级的微型化的化学反应系统，由于它具有微尺度、短扩散距离、大比表面积、小体积和规整的微通道等特点，其在传质、传热和反应效率等方面表现出超常的能力，主要应用于气固催化反应、气液和液液过程的研究。
目前应用于大型煤制天然气项目的微通道反应器尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种结构简单、尺寸小，空间利用率高、催化剂用量少，CO转化率高，无气体偏流和短路现象的用于甲烷化工艺的微通道反应器。
技术方案包括包括上端设有进气口、下端设有出气口的壳体，所述壳体内进气口处设有第一气体分布器，所述壳体的中部设有微通道反应区，所述微通道反应区由多条相互平行的装填或涂敷有甲烷化催化剂的微通道组成，所述微通道的上、下两端经上、下支撑板固定在壳体上。
所述第一气体分布器和微通道反应区之间还设有第二气体分布器。
所述微通道的直径为1mm-10mm。
所述微通道的下端设有用于阻挡甲烷催化剂掉落的金属丝网。
所述微通道的截面形状为圆形、三角形、菱形或者长方形。
所述微通道反应区与壳体的间隙控制在10mm-100mm。
本实用新型采用高效的微通道技术，在微通道中装填或涂敷甲烷化催化剂，创造微反应环境，极大提高反应的比表面积，获得很高的传质速率。通过设置气体分布器，使气体均匀进入每个微通道，催化剂无死区，每个微通道内的反应互不干涉，优选采用第一气体分布器和第二气体分布器进行两级气体分布；微通道与壳体之间存在一定间隙，优选为10mm-100mm，更为优选30mm-50mm，使得壳体温度较低，从而降低壳体的材质要求，达到降成本的目的。
所述第二气体分布器可以有1个或多个，具体根据处理的原料气的气量来选取。所述金属丝网的设置可以阴挡微通道内甲烷催化剂的掉落。
本实用新型反应器不存在反应死角，不会产生气体偏流短路现象，不会出现甲烷催化剂部分过热烧结失活现象，提高催化剂的使用寿命（寿命可提高15-20%），且比表面积高，CO转化率高（转化率可高达99%以上），反应器尺寸小（设备尺寸可减少30%-40%），结构紧凑，设备材质要求低，催化剂装填量较现有反应器的填装量可减少20-30%，设备空间利用率高，本新型反应器不仅可用于煤制天然气和焦炉煤气的甲烷化工艺中，还可用于一氧化碳变换、甲醇合成、天然气转换等所有固定床催化反应中。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为图2中I部的局部放大图。
图4为金属丝网的安装示意图。
其中，1-进气口、2-壳体、3-第一气体分布器、4-第二气体分布器、5-上支撑板、6-微通道区、6.1-微通道、6.2-金属丝网、7-下支撑板、8-出气口、9-间隙。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步解释说明：
参照图1，本实用新型反应器包括上端设有进气口1、下端设有出气口8的壳体2，所述壳体2内进气口1处设有第一气体分布器3，第一气体分布器3的下方设有两层交错布置的第二气体分布器4，所述壳体2的中部设有微通道反应区6，所述微通道反应区6由多条相互平行的装填或涂敷有甲烷化催化剂的微通道6.1组成，所述微通道6.1的上、下两端经上、下支撑板5、7固定在壳体2上，参照图3，所述微通道反应区6与壳体2保证10mm-100mm的间隙，间隙的存在使得壳体2变为冷壁，能有效降低对设备的材质要求，降低设备投资，间隙的大小根据反应温度而定；所述微通道6.1的直径优选为1mm-10mm，参照图4，微通道6.1的下端设有用于阻挡甲烷催化剂掉落的金属丝网6.2，金属丝网6.2开孔大小依据催化剂颗粒大小而定，以防止催化剂颗粒掉落并且不影响气体的流通为准；所述微通道6.2的截面形状为圆形、三角形、菱形或者长方形；参照图2，本实施例中，微通道6.2的截面形状为圆形。所述第一气体分布器3为槽孔型结构的气体分布器，第二气体分布器为4筛网型分布器。所述上、下支撑板5、7用于支撑微通道6.2，并对微通道6.2之间的间隙进行密封，以保证气流全部通入微通道6.2进行催化反应。所述微通道6.2内填充或涂覆的甲烷化催化剂形状优选球形或者圆柱形，直径优选为0.1-1mm。
工作原理：
参照图1，原料气（如煤制合成气或者焦炉煤气。）由反应器入口1进入壳体2内，依次经过第一气体分布器3和第二气体分布器4在反应器截面上达到均匀分布后，气流穿过上支撑板5均匀进入到微通道区6的多条微通道6.1中在催化剂的存在下进行甲烷化反应，各个微通道6.1之间不互相干涉，反应后的气体由微通道6.1的下端送出，在壳体2底部汇合后通过出气口8送出。

Claims (6)

1.一种用于甲烷化工艺的微通道反应器，包括上端设有进气口、下端设有出气口的壳体，其特征在于，所述壳体内进气口处设有第一气体分布器，所述壳体的中部设有微通道反应区，所述微通道反应区由多条相互平行的装填或涂敷有甲烷化催化剂的微通道组成，所述微通道的上、下两端经上、下支撑板固定在壳体上。
2.如权利要求1所述的用于甲烷化工艺的微通道反应器，其特征在于，所述第一气体分布器和微通道反应区之间还设有第二气体分布器。
3.如权利要求1所述的用于甲烷化工艺的微通道反应器，其特征在于，所述微通道的直径为1mm-10mm。
4.如权利要求1-3任一项所述的用于甲烷化工艺的微通道反应器，其特征在于，所述微通道的下端设有用于阻挡甲烷催化剂掉落的金属丝网。
5.如权利要求4所述的用于甲烷化工艺的微通道反应器，其特征在于，所述微通道的截面形状为圆形、三角形、菱形或者长方形。
6.如权利要求1所述的甲烷化工艺的微通道反应器，其特征在于，所述微通道反应区与壳体的间隙控制在10mm-100mm。
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