CN204544137U - 甲烷化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种甲烷化反应器，该反应器包括径向圆筒形密封承压壳体(2)、进气管(18)、设置在所述壳体(2)内的催化反应单元(8)和中心管(12)，所述反应器还包括进入所述中心管(12)的由一根圆管绕制而成的锥形筒(7)，用于送入冷却介质，降低反应器的温度。本实用新型提供的甲烷化反应器结构简单，床层压降小，能及时取走反应热量，均化床层温度，提高反应物转化率，避免催化剂出现过热区域，降低反应器出口温度，延长催化剂使用寿命。

Description

甲烷化反应器

技术领域

本实用新型涉及一种甲烷化反应器。

背景技术

甲烷化反应器是煤制天然气项目的核心设备之一。甲烷化反应是强烈的放热反应。研究表明，每转化1％的CO和CO₂可产生的绝热温升分别达到了70℃和60℃。为了控制甲烷化反应温度，回收反应中产生的大量热能，工业化甲烷化工艺采用多个固定床甲烷化反应器串连，逐级进行甲烷化反应，一种取热方案是在反应器出口设置蒸汽发生器回收反应热，另一种取热方案是在催化剂床层中设置取热管取热，通过压缩机循环部分产品气来控制反应转化深度。已实现商业应用的甲烷化技术专利商有英国Davy公司、丹麦公司以及德国的Lugri公司。

目前甲烷化反应器主要有两种类型，一种是轴向固定床反应器，另一种是径向固定床反应器。径向床反应器高径比较大、床层压降小、反应物在催化剂床层停留时间短，可采用冷壁形式，通过锥形筒或中心管的开孔实现反应物均匀分布，反应物在床层中的均匀分布至关重要。轴向甲烷化反应器存在反应器设备尺寸庞大、床层压降大、容易出现局部飞温、移热缓慢、转化率低以及反应器需要材质等级高等问题。

因此，减小反应器的设备尺寸，降低反应器压降损失和反应器出口温度，提高反应物的转化效率，尽可能的回收高温位热量，充分延长催化剂的使用寿命，满足反应器大型化的需求是目前亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种甲烷化反应器。该反应器能及时取走反应热量，均化床层温度。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种甲烷化反应器，其特征在于：该反应器包括径向圆筒形密封承压壳体、从所述壳体顶部伸入到壳体内部的进气管、设置在所述壳体内所述进气管的下方的催化反应单元和中心管；所述催化反应单元为与圆筒形壳体同轴的可容纳催化剂床层的容器，包括顶部密封板、底部密封板和侧壁；所述侧壁与所述壳体的内侧壁形成有环隙，该环隙与所述进气管流体联通；所述侧壁上具有气孔以使所述环隙与所述催化反应单元内部流体联通；所述中心管由下往上依次穿过所述壳体的底部和催化反应单元的所述底部密封板进入所述催化反应单元的中心；所述中心管的底部具有出气口，中心管的内部通过在其位于所述催化反应单元内的管壁上设置的开孔与所述催化反应单元内部流体联通；所述反应器还包括设置在所述壳体内穿过所述顶部密封板进入所述中心管的由一根圆管绕制而成的锥形筒；所述锥形筒的筒底密封且绕制所述锥形筒的所述圆管的上下层之间焊接密封，所述锥形筒与所述顶部密封板之间为密封连接；所述圆管的一端通过进口管与所述壳体上的冷却介质进口连通；所述圆管的另一端通过出口管与所述壳体上的冷却介质出口连通。

优选地，其特征在于，进入所述催化反应单元的锥形筒的长度为未进入所述催化反应单元的锥形筒的长度的1-50倍。

优选地，其特征在于，所述锥形筒的顶部直径为所述中心管内径的1-1.95倍，底部直径为所述中心管内径的0.2-0.6倍；所述锥形筒的长度为所述催化反应单元的高度的0.6-3.0倍。

优选地，其特征在于，所述进气管的下部设置有至少一个用于分布送入所述反应器的反应气的气体分布器。

优选地，其特征在于，所述催化反应单元的所述顶部密封板下设置有用于缓冲催化剂热膨胀的催化剂封。

优选地，其特征在于，所述催化反应单元的所述侧壁为约翰逊网。

优选地，其特征在于，所述催化反应单元的所述底部密封板与所述壳体的底部之间设置有隔热材料区。

本实用新型提供的甲烷化反应器与现有甲烷化反应器相比，具有如下优点：

1、催化反应单元内温度均匀，不会出现催化剂床层局部过热现象，可以解决有限的空间条件下反应热的移除问题；

2、延长了催化剂的使用寿命(寿命可以提高15％-20％)，床层压降较同处理量的轴向反应器低(20％-35％)，反应器出口温度较相同条件下不设取热锥形筒低30-80℃；

3、因为取热锥形筒结构外形简单，对反应器内流体流动干扰小；可以根据实际工程情况，选取合适的圆管直径，设置圆管缠绕数量，达到移除反应热目的；可以方便拆卸与更换锥形筒；

4、不仅可以运用于煤制替代天然气和焦炉煤气甲烷化工艺，还可用于甲醇合成、CO变换、费托合成等固定床催化放热反应。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型提供的甲烷化反应器的一种具体实施方式的结构示意图(为了简化附图，并未在图1中具体标出侧壁13的具体形状，可以参考图2)；

图2是本实用新型提供的甲烷化反应器的一种具体实施方式的剖视图(即图1中A-A面的剖视图)；

图3是本实用新型提供的甲烷化反应器的一种具体实施方式所采用的锥形筒的局部示意图。

附图标记说明

1 进气口    2 壳体    3 第一气体分布器    4 进口管

5 冷却介质进口      6 顶部密封板     7 锥形筒

8 催化反应单元      9 底部密封板     10 出气口

11 隔热材料区  12  中心管   13 侧壁   14 催化剂封   15 出口管

16 冷却介质出口  17 第二气体分布器   18 进气管  19 环隙

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

本实用新型提供一种甲烷化反应器，其特征在于：该反应器包括径向圆筒形密封承压壳体2、从所述壳体2顶部伸入到壳体内部的进气管18、设置在所述壳体2内所述进气管18的下方的催化反应单元8和中心管12；所述催化反应单元8为与圆筒形壳体2同轴的可容纳催化剂床层的容器，包括顶部密封板6、底部密封板9和侧壁13；所述侧壁13与所述壳体2的内侧壁形成有环隙19，该环隙19与所述进气管18流体联通；所述侧壁13上具有气孔以使所述环隙19与所述催化反应单元内部流体联通；所述中心管12由下往上依次穿过所述壳体2的底部和催化反应单元的所述底部密封板9进入所述催化反应单元8的中心；所述中心管12的底部具有出气口10，中心管12的内部通过在其位于所述催化反应单元内的管壁上设置的开孔与所述催化反应单元8内部流体联通；所述反应器还包括设置在所述壳体2内穿过所述顶部密封板6进入所述中心管12的由一根圆管绕制而成的锥形筒7；所述锥形筒7的筒底密封且绕制所述锥形筒7的所述圆管的上下层之间焊接密封，所述锥形筒7与所述顶部密封板6之间为密封连接；所述圆管的一端通过进口管4与所述壳体2上的冷却介质进口5连通；所述圆管的另一端通过出口管15与所述壳体2上的冷却介质出口16连通。

根据本实用新型，所述锥形筒7的绝大部分筒体设置在所述中心管12内，所述中心管12可以穿过所述催化反应单元8并抵靠或固定连接在催化反应单元的所述顶部密封板6的下表面上，此时所述锥形筒7与所述顶部密封板6可以为直接焊接密封；所述中心管12也可以穿过所述顶部密封板6而低于所述进气管，此时所述锥形筒7与所述中心管12可以为密封焊接，而中心管12与所述顶部密封板6也可以为焊接密封，即所述锥形筒7与所述顶部密封板6之间为密封连接。无论何种情形，进入所述催化反应单元8的锥形筒7的长度可以为未进入所述催化反应单元8的锥形筒7的长度的1-50倍。

根据本实用新型，本领域技术人员可以理解的是，为了使催化反应单元8中的反应气体均匀分布，易于加工和安装锥形筒7，所述锥形筒7的顶部直径可以为所述中心管内径的1-1.95倍，底部直径可以为所述中心管内径的0.2-0.6倍；所述锥形筒7的长度可以为所述催化反应单元8的高度的0.6-3.0倍。

根据本实用新型，所述进气管18的下部可以设置有至少一个用于分布送入所述反应器的反应气的气体分布器，所述气体分布器是本领域技术人员所熟知的，本实用新型不再赘述，所述气体分布器优选设置有两个。

根据本实用新型，所述催化反应单元的所述顶部密封板6下可以设置有用于缓冲催化剂热膨胀的催化剂封14。所述催化剂封14是本领域技术人员所熟知的，其内可以放置有耐热瓷球等孔隙率大于甲烷化催化剂的填充物。

根据本实用新型，本领域技术人员可以理解的是，所述催化反应单元8的所述侧壁13可以为约翰逊网，所述约翰逊网是本领域技术人员所熟知的，本实用新型不再赘述。

根据本实用新型，为了防止壳体2的底部过度受热以及阻止催化剂床层8向下移动，所述催化反应单元的所述底部密封板9与所述壳体2的底部之间可以设置有隔热材料区11，所述隔热材料区11内可以放置单一材质或多种复合材质的隔热球、隔热毡毯或隔热带等隔热材料，这是本领域技术人员所熟知的，本实用新型不再赘述。

下面将结合附图通过实施例来进一步说明本实用新型，但是本实用新型并不因此而受到任何限制。

如图1所示，本实施例所采用的甲烷化反应器包括上端设有进气管18、下端设有中心管12的承压壳体2，所述壳体2上还设有冷却介质进口5和冷却介质出口16，所述进气管18的上部设置有进气口1，下部设有第一气体分布器3，第一气体分布器3的下方设置有第二气体分布器17。所述壳体2中反应区为径向流反应区，如图2所示，催化反应单元8的侧壁由约翰逊网所构成并与壳体内侧壁形成环隙19。催化反应单元8顶部由顶部密封板6构成，底部由底部密封板9构成，阻止催化剂床层8向下移动，并防止反应气体进入隔热区域，底部密封板9与壳体2的底部之间设有隔热材料区11。催化反应单元的所述顶部密封板6下设有由耐热瓷球填充的催化剂封14。所述中心管12密封固定在底部密封板9、顶部密封板6以及壳体2的底部。底部和侧面均密封的取热锥形筒7插入中心管12并密封固定在所述顶部密封板6上，进入所述催化反应单元8的锥形筒7的长度为未进入所述催化反应单元8的锥形筒7的长度的10倍。如图3所示，所述锥形筒7分别通过进口管4和出口管15分别与冷却介质进口5、冷却介质出口16相连。

甲烷化反应器中催化剂装填高度为2500mm，中心管内径为800mm，锥形筒的长度3080mm、顶部直径为950mm、底部直径为300mm，进入所述催化反应单元8的锥形筒7的长度与未进入所述催化反应单元8的锥形筒7的长度分别为2800mm、280mm。

本实用新型实施例所提供的甲烷化反应器的工作原理如下：

反应气(如煤基合成气或焦炉煤气)由进气口1进入壳体2内，依次通过第一气体分布器3和第二气体分布器17，在甲烷化反应器横截面上均匀分布后，原料气进入环隙19后通过由约翰逊网构成的侧壁13径向进入催化反应单元8的催化剂床层，在催化剂的作用下进行甲烷化反应，同时放出大量的热量。反应后的气体穿过催化剂床层在中心管12汇集。冷却介质从冷却介质入口5进入进口管4，随后进入锥形筒7，冷却介质沿圆管绕成的锥形筒7向下流动，在向下流动的过程中不断吸收热量，到达锥形筒底部后向上流动，通过出口管15和冷却介质出口16离开甲烷化反应器。被锥形筒7吸收了部分热量的产品气顺着中心管，继续穿过隔热填料区11，在壳体2底部通过出气口10离开反应器。

本实用新型提供的甲烷化反应器结构简单，床层压降小，能及时取走反应热量，均化床层温度，提高反应物转化率，避免催化剂出现过热区域，降低反应器出口温度，延长催化剂使用寿命。

Claims (7)

1.一种甲烷化反应器，其特征在于：该反应器包括径向圆筒形密封承压壳体(2)、从所述壳体(2)顶部伸入到壳体内部的进气管(18)、设置在所述壳体(2)内所述进气管(18)的下方的催化反应单元(8)和中心管(12)；所述催化反应单元(8)为与圆筒形壳体(2)同轴的可容纳催化剂床层的容器，包括顶部密封板(6)、底部密封板(9)和侧壁(13)；所述侧壁(13)与所述壳体(2)的内侧壁形成有环隙(19)，该环隙(19)与所述进气管(18)流体联通；所述侧壁(13)上具有气孔以使所述环隙(19)与所述催化反应单元内部流体联通；所述中心管(12)由下往上依次穿过所述壳体(2)的底部和催化反应单元的所述底部密封板(9)进入所述催化反应单元(8)的中心；所述中心管(12)的底部具有出气口(10)，中心管(12)的内部通过在其位于所述催化反应单元内的管壁上设置的开孔与所述催化反应单元(8)内部流体联通；所述反应器还包括设置在所述壳体(2)内穿过所述顶部密封板(6)进入所述中心管(12)的由一根圆管绕制而成的锥形筒(7)；所述锥形筒(7)的筒底密封且绕制所述锥形筒(7)的所述圆管的上下层之间焊接密封，所述锥形筒(7)与所述顶部密封板(6)之间为密封连接；所述圆管的一端通过进口管(4)与所述壳体(2)上的冷却介质进口(5)连通；所述圆管的另一端通过出口管(15)与所述壳体(2)上的冷却介质出口(16)连通。

2.根据权利要求1的反应器，其特征在于，进入所述催化反应单元(8)的锥形筒(7)的长度为未进入所述催化反应单元(8)的锥形筒(7)的长度的1-50倍。

3.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述锥形筒(7)的顶部直径为所述中心管内径的1-1.95倍，底部直径为所述中心管内径的0.2-0.6倍；所述锥形筒(7)的长度为所述催化反应单元(8)的高度的0.6-3.0倍。

4.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述进气管(18)的下部设置有至少一个用于分布送入所述反应器的反应气的气体分布器。

5.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述催化反应单元的所述顶部密封板(6)下设置有用于缓冲催化剂热膨胀的催化剂封(14)。

6.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述催化反应单元(8)的所述侧壁(13)为约翰逊网。

7.根据权利要求1的反应器，其特征在于，所述催化反应单元的所述底部密封板(9)与所述壳体(2)的底部之间设置有隔热材料区(11)。