[發明專利]一種高溫甲烷化反應器

有效

• 申請號: 201110418273.4
• 申請日: 2011-12-14
• 公開（公告）號: CN103157408A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 李安學;李春啟;左玉幫;劉永健;丁萬友;余銘程;謝倫宏;邱波;周帥林;李江濤
• 申請（專利權）人: 大唐國際化工技術研究院有限公司;遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;C07C9/04;C07C1/04
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅

技術領域

本發明涉及一種高溫甲烷化反應器，具體為一種由氫氣、一氧化碳和二氧化碳合成替代天然氣的高溫甲烷化反應器。

背景技術

甲烷化反應是一種強放熱過程，主要反應式如下：

CO+3H₂→CH₄+H₂O??????ΔH＝-206KJ/mol

CO₂+4H₂→CH₄+2H₂O????ΔH＝-165KJ/mol

CO+H₂O→CO₂+H₂???????ΔH＝-41KJ/mol

甲烷化反應是由H₂、CO、CO₂、CH₄、H₂O和惰性氣體組成的合成氣在甲烷化催化劑的作用下發生反應生成CH₄。甲烷化反應屬于強放熱反應，反應速度極快，高溫下瞬間達到化學平衡。

傳統的甲烷化反應器一般采用碳鋼外筒內襯耐火材料的結構，通常在300～550℃、1.0～3.0MPa的條件下運行，在開停車或裝置波動過程中，由于溫度波動較大使耐熱襯里出現龜裂、脫落，存在較大的安全隱患。傳統的甲烷化反應器不適用于高溫甲烷化反應。

發明內容

因此，本發明的目的是針對現有技術中甲烷化反應器的耐熱襯里易出現龜裂、脫落和不適用于高溫甲烷化反應的問題，提供一種適用于高溫甲烷化反應的新型甲烷化反應器。

本發明提供了一種高溫甲烷化反應器，包括反應器筒體，其結構如圖1所示，所述反應器筒體包括反應器外筒體(3)、反應器內筒體(4)和位于反應器外筒體(3)和反應器內筒體(4)之間的夾套層(5)；其中，所述反應器筒體的上部設置有反應氣體入口(1)和氣體分布器(2)，所述反應器筒體的下部設置有氣體收集器(8)和反應氣體出口(9)；其中，在所述夾套層(5)內填充高溫耐火材料，在所述反應器筒體內部裝填催化劑床層(6)，在所述氣體分布器(2)與催化劑床層(6)之間和所述催化劑床層(6)與氣體收集器(8)之間裝填惰性填料(7)。

本發明提供的甲烷化反應器為雙筒體結構，筒體間填充高溫耐火材料，內筒體為耐高溫的不銹鋼材質，外筒體采用具有良好的綜合力學性能和工藝性能的普通低碳合金鋼材質，受熱沖擊高溫耐火材料不易龜裂脫落、使用壽命長；同時比傳統化學合成反應器有著顯著的安全優勢。

根據本發明提供的高溫甲烷化反應器，其中，所述反應器內筒體(4)為不銹鋼材料，所述不銹鋼材料優選地選自0Cr18Ni9、00Cr19Ni10、0Cr19Ni9N和0Cr19Ni13Mo3。

所述反應器內筒體(4)的厚度可以為5～50毫米，優選為10～30毫米。

根據本發明提供的高溫甲烷化反應器，其中，所述反應器外筒體(3)為低碳合金鋼材料，所述低碳合金鋼材料優選地選自20R、16MnR、15MnVR和15MnVNR。

所述反應器外筒體(3)的厚度可以為5～100毫米，優選為7～50毫米。

根據本發明的高溫甲烷化反應器，其中，設置所述氣體分布器(2)和位于氣體分布器(2)與催化劑床層(6)之間的惰性填料(7)均是為了使原料氣均勻地分布通過催化劑床層并在催化劑的作用下發生甲烷化反應生成甲烷，降低因反應不均引起催化劑床層部分超溫失活的幾率。優選情況下，所述氣體分布器(2)的構型可以為斜上噴嘴輻散式氣體分布器、雙切向環流式氣體分布器、雙列葉片式氣體分布器中的一種。

根據本發明的高溫甲烷化反應器，其中，設置氣體收集器(8)和位于催化劑床層(6)與氣體收集器(8)之間的惰性填料(7)均是為了使產品氣均勻通過反應氣體出口。優選情況下，所述氣體收集器(10)為圓柱形，上表面和側面安裝篩網，所述篩網可以為不銹鋼絲網或約翰遜網。

在本發明的高溫甲烷化反應器中，所述惰性填料(7)可以選自圓形瓷球、開孔瓷球、凸凹玻璃球、微孔瓷球和氧化鋁球中的一種或多種。所述惰性填料的粒徑可以為1～20毫米，優選3～13毫米。例如，在某些優選的實施方案中，所述惰性填料的粒徑可以為3毫米、5毫米、8毫米和13毫米中的一種或多種配合使用。