[發明專利]一種徑向套管式冷卻甲烷化爐

無效

• 申請號: 201110456489.X
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102513036A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 甘曉雁;楊國政;王洋;陳鳴鳴;路遙;姜從斌
• 申請（專利權）人: 航天長征化學工程股份有限公司
• 主分類號: B01J8/02
• 分類號: B01J8/02;C07C1/04;C07C1/12;C07C9/04
• 代理公司: 北京英特普羅知識產權代理有限公司 11015
• 代理人: 齊永紅

技術領域

本發明涉及甲烷化爐，特別適合煤化工領域中烷氨聯產中的合成天然氣工藝，是一種新型的、高效的、均溫型甲烷化爐。

背景技術

我國的能源特征是“缺油、少氣、富煤”，煤炭資源相對豐富，天然氣資源相對較少。隨著中國經濟發展，天然氣的工業用量尤其民用量大幅度增加，目前的產量已不能滿足人們的日益增長的生產和生活的需要。又由于天然氣熱值高，便于輸送且輸送成本低等優勢，合成天然氣技術有了廣闊的發展前景并將廣泛應用于人們的生產和日常生活。人工合成天然氣工藝中最核心設備是甲烷化爐，甲烷化爐的結構形式以及內件的設計直接影響設備的投資和運行效率進而影響整個裝置的投資造價以及運行成本。

人工合成天然氣有直接法和間接法，間接法的流程為：煤氣化-變換-凈化-甲烷化-SNG；直接法的流程為：煤氣化-脫硫-甲烷化-脫碳-SNG，粗煤氣不經過變換，由煤氣中CO直接在水蒸汽下發生甲烷化。間接甲烷化技術上比較成熟優于直接法，主要以間接甲烷化技術為主，直接甲烷化技術尚無工程業績。

間接法的主要過程為：由煤氣化制得的合成氣經過變換調整H/C比，其中的H₂、CO、CO₂在甲烷化爐內進行甲烷化反應可制取合成天然氣，反應如下：

CO+3H₂＝CH₄+H₂O+206KJ/mol??????(1)

CO₂+4H₂＝CH₄+2H₂O+165KJ/mol????(2)

甲烷化反應(1)和(2)為強放熱反應，反應熱為合成氨的4倍，合成甲醇的2倍，因此較高的反應熱可導致很大的絕熱溫升。設備的高溫操作，帶來選材以及結構設計的難題，并且由于材料高溫下許用應力較低，導致設備材料厚度超標，設備笨重龐大。另外高溫情況下(及高于600℃)有熱裂解和析碳現象的發生，因此解決高熱量的移走以及熱量有效回收利用是甲烷化爐的關鍵。

目前國內外的技術主要有丹麥開發的甲烷循環工藝(TREMPTM)和英國DAVY公司的CRG甲烷化技術，兩種技術的甲烷化爐均為絕熱型。移走熱量基本采用兩種方法即稀釋法和激冷法：稀釋法是用甲烷化反應后循環氣稀釋合成原料氣降溫，然后用廢熱鍋爐回收反應熱得到高壓蒸汽；激冷法就是在反應器催化床層之間不斷加入低溫的新鮮氣，以降低入口氣體溫度和CO組分的濃度。這兩種方法均需要配置循環壓縮機，增加了裝置投資和耗費大量電能，增加運行的成本。

國內的均溫甲烷化技術主要采用焦爐氣合成天然氣，其針對于低濃度CO、高濃度CH₄含量的合成氣組分，且國內技術的處理量較小，尚不能滿足大型工業化的要求。另外，合成氨工業中的甲烷化更是如此，由于CO和CO₂會使氨合成催化劑中毒，在合成氣進合成反應器前需將微量的CO和CO₂轉化為CH₄，甲烷化的目的僅為去除雜質，而非合成生產生活所需的天然氣。目前國內外的甲烷化技術受到了反應高溫以及產量受限的制約。

發明內容

因此，本發明的目的是提供一種以雙套管換熱的徑向反應的均溫型甲烷化爐，進而通過本發明可以解決高溫帶來的設備選材、催化劑失效、以及設備大型化等問題。

本發明的上述目的是通過提供一種徑向套管式冷卻甲烷化爐實現的。

所述的一種徑向套管式冷卻甲烷化爐，包括：甲烷化爐外筒體，位于外筒體上部的上封頭，以及封閉爐外筒體下部的下球頭；其中，下球頭一側設有原料氣進口，另一側設有合成氣引出管，爐內壁與催化劑框圍成環隙，原料氣體通過由下球頭構成的進氣腔進入環隙中；上封頭設有催化劑裝填口，催化劑由催化劑裝填口加入爐內；催化劑框支撐于催化劑支撐上，其上設有催化劑框通氣孔，原料氣穿過通氣孔與催化劑接觸并發生反應；爐內的中心位置設有中心集氣管，外筒體的催化劑框內設置有沿外筒體軸向布置的套管，所述套管沿徑向覆蓋催化劑框與中心集氣管圍成的空間內部中心集氣管壁上設有集氣管通氣孔，合成氣通過置于中心集氣管上的通氣孔進入集氣管內，經過卸料管與合成氣引出管圍成的環隙并最終由合成氣出口排出。

優選地，所述外套管內部設有內管。

優選地，催化劑框底部設有卸料錐，該卸料錐小端設有卸料管，催化劑由催化劑裝填口加入爐內后，沉積在卸料錐上并填充至卸料管內。