[發明專利]用于甲烷合成的反應裝置及甲烷合成方法

無效

• 申請號: 201110397615.9
• 申請日: 2011-12-05
• 公開（公告）號: CN102489222A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 劉雪飛;趙海龍;劉鵬翔;王志彬;張建祥;常俊石
• 申請（專利權）人: 新地能源工程技術有限公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;B01J8/04;C07C9/04;C07C1/12;C07C1/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 賀衛國

技術領域

本發明涉及甲烷合成領域，特別涉及一種焦爐氣制甲烷的合成反應裝置。

背景技術

甲烷合成反應是在高溫和有催化劑存在的情況下，氣體中CO、CO₂和H₂發生反應，生成CH₄和H₂O。甲烷合成反應是強放熱反應，各反應的焓變如下所示：

CO+3H₂→CH₄+H₂O，

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O，

甲烷化反應器一般采用軸向流固定床絕熱反應器，床層內的流體分布直接影響床層中的傳熱、傳質及催化劑與反應器的利用效率。而甲烷化反應是一個劇烈的放熱反應，在絕熱的反應器中，當流體分布不均勻時，會造成嚴重的局部過熱，不僅影響催化劑的選擇性及轉化率，還會使催化劑的壽命明顯下降。傳統方法是在固定床反應器的流體進口處設置流體分布器，如CN2075277U、CN2705231Y中所述，其優點是能使流體較為均勻的進入催化劑床層。但分布器的結構比較復雜，出催化劑床層未設置流體導向分布裝置，不能使流體均勻分布在整個催化劑床層中。

反應后高溫氣體通常通過引出管連接余熱回收裝置，這種方法是在高壓力、高溫度的條件下進行的，這使連接管道的設計制造難度加大，還會使余熱系統回收的蒸汽等級和產量下降，從而不僅影響系統的節能，而且使裝置的經濟性明顯下降。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀而提出一種具有結構合理，制造方便，連續反應，節能的焦爐氣制甲烷合成裝置。

本發明所要解決的技術問題采用的技術方案為：

在一個實施方案中，本發明的甲烷合成裝置具有原料氣進口、中部的催化劑床層及其下游的反應產物出口，催化劑床層的上游設有一級氣體分布系統，催化劑床層的下游設有二級氣體分布系統。

在另一個實施方案中，本發明的甲烷合成裝置還包括廢熱鍋爐。優選地，所述廢熱鍋爐不經過管路而直接通過法蘭或焊接與下游的反應產物出口連接，構成作為整體設備的甲烷合成裝置。

上述裝置中催化劑的裝填方式為：在磚砌拱頂上部鋪設若干層惰性瓷球層，將催化劑裝填在該瓷球層上游，并在催化劑上游部再鋪設若干層不同粒徑的惰性瓷球層。

在甲烷合成中，高溫反應氣的溫度范圍為250～800℃，壓力為0～3.0MPa，副產蒸汽壓1.0～4.5MPa的飽和蒸汽。

本發明具有以下優點：

1、甲烷合成裝置內部采用新型的氣體分布結構。該氣體分布裝置由原料氣進口防沖板，催化劑上下游的惰性瓷球層與磚砌拱頂構成。進口防沖板與催化劑的上游的惰性瓷球層組成一級分布系統，對原料氣進行初步分布；催化劑下游的惰性瓷球層與磚砌拱頂上的孔道組成二級分布系統，并與一級分布系統相互作用，在催化劑床層中形成均勻氣流通道，使原料氣在床層中分布更加均勻。降低了床層局部過熱的風險，增加了催化劑的活性，延長了催化劑的壽命。

上述的氣體分布裝置，原料氣進料防沖板由一個圓盤與多根吊桿組成，其中圓盤的直徑為原料氣進口內徑的0.5～1.5倍，優選為1～1.2倍。吊桿長度與催化劑床層上游惰性瓷球層的上表面到圓盤的距離比為0.2～1，優選為0.4～0.7。吊桿的數量以能夠穩定地固定圓盤為宜，并且可以為2根以上，在本文的實施方案中采用了4根吊桿，但是本發明不限于此。

催化劑上下游均設置多層惰性瓷球，優選上游2～3層，下游2～4層；各層鋪設高度為50～300mm之間，優選80～160mm之間；惰性瓷球的粒徑為φ1～φ80mm之間，優選φ10～φ60mm之間，每層所鋪設瓷球的粒徑可以相同或不同。瓷球大小，層數與高度的選擇也需要與相應的反應器進行匹配，如果匹配不當，則或者使床層壓降過大，或者使氣體分布不均勻。

磚砌拱頂的弧度為60～150°間，優選80～130°間。拱頂開孔的孔道軸心均大致指向拱頂球心，磚砌拱頂的具有弧形部分的開孔率為拱頂面積的1％～20％，優選8％～15％。拱頂弧度應與拱頂開孔率相互關聯，配比錯誤會使拱頂承載不住催化劑的重量，導致拱頂的塌陷。

2、廢熱鍋爐，具體地為臥式廢熱鍋爐。優選廢熱鍋爐通過法蘭或焊接直接與固定床絕熱反應器底部連接，從而省去傳統使用的高壓高溫引出管，降低設備費用投資，避免傳送過程的熱量損失，能夠產生更多高品位蒸汽。

附圖說明