[實用新型]一種合成氣甲烷化的滴流床反應裝置

有效

• 申請號: 201520194473.X
• 申請日: 2015-04-02
• 公開（公告）號: CN205011719U
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 陳宏剛;牛玉廣;張鍇;楊勇平;唐寧寧
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: C10L3/08
• 分類號: C10L3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于能源化工領域，尤其涉及一種合成氣甲烷化的滴流床反應裝置。

背景技術

天然氣是一種清潔、便捷、安全的優質能源，其主要成分為甲烷。預計到2020年，我國天然氣年消費需求將達3000億立方米，存在約1500億立方米缺口，對外依存度將達到50%。國際能源價格急劇動蕩，將對我國能源安全帶來嚴重影響。中國貧油、少氣、富煤的能源結構特點，決定了煤炭將長期占據中國一次能源消費的主要地位。利用中國相對豐富的煤炭資源或生物質資源制備合成天然氣更具運輸經濟性和利用效能，有利于集中處理污染物、減少環境污染，為城鎮居民和工業提供高效、清潔的氣體燃料。

與發電、煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚等其他煤化工技術路線相比，煤或生物質制合成天然氣具有能量轉化效率高、水耗少、投資低、經濟效益好等優勢，是煤炭和生物質熱轉化的優選途徑，其中合成氣甲烷化工藝技術是煤和生物質制合成天然氣的核心技術。

煤或生物質經氣化制得合成氣，再經甲烷化工藝過程轉化為合成天然氣，主要發生如下反應：

CO+3H₂=CH₄+H₂O

CO₂+4H₂=CH₄+2H₂O

CO+H₂O=CO₂+H₂

合成氣甲烷化反應是一個強放熱可逆反應，現有的合成氣甲烷化反應器主要有以下三大類：

第一類是多級串聯絕熱固定床反應器，其特征是通過外置換熱器的方式實現熱量移取。代表性的工藝技術有德國Lurgi公司與南非SASOL公司共同開發的多級絕熱固定床反應器工藝技術，該技術已實現多套工業化生產裝置。美國燃料電池能有限公司公開了一種改進的串聯和并聯相結合的多級固定床反應工藝（中國發明專利CN1957076），該工藝進一步減小每個反應器的負荷，并將產物用作燃料電池的原料氣。固定床工藝常常需要多個反應器，并采用高達5倍多的循環氣稀釋反應器入口的CO濃度，以控制反應器內催化劑床層的溫升，既增加了設備投資，又加大了循環氣的動力消耗，降低了其經濟效益。

第二類是流化床甲烷化反應器。以原料氣作為催化劑流化介質的流化床反應器不僅可以促進原料氣和催化劑的有效接觸，還可以顯著改善內置換熱器的傳熱效率，有利于反應熱的移出和催化劑床層溫度分布的均勻，可在高操作空速下連續運行，提高了裝置的生產能力。中國發明專利CN1960954公開了一種基于流化床反應器的甲烷化反應工藝，但該技術依賴于原料氣中附加的芳香烴同步重整吸熱來平衡反應熱。芳香烴本身價格較高，權利要求中的苯、甲苯或萘等都是市場需要的終端產品，消耗這些高價值的物質取熱并不具有經濟性和普適性。中國發明專利CN10817716A公開了流化床與固定床耦合的工藝；中國發明專利CN102180756A公開了氣－固－固反應器，但都存在反應器內返混嚴重和催化劑磨損嚴重的問題。

第三類是漿態床甲烷化反應器。中國發明專利CN101979476A公開了采用漿態床反應器的工藝技術，解決了反應熱的移出問題，但是漿態床甲烷化反應器還存在著如下不足：催化劑顆粒懸浮在惰性介質中，其催化劑的裝填量存在最大上限，導致反應器的操作空速受到限制；在漿態床中存在較為普遍的返混，這將會造成單程產品收率不高；懸浮在惰性介質中的催化劑顆粒粒度較小，加劇了催化劑的磨損和團聚，而且在介質輸送過程中催化劑對輸送設備和管道也存在磨損問題，再者固體分離裝置的引入增加了設備成本和操作費用。總之，漿態床甲烷化反應器存在操作空速低、單程產品收率低、催化劑、設備磨損嚴重及催化劑回收設備費用高等問題，大規模工業應用的整體效果有待進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種反應熱移除效果好、產品收率高、設備投資少的合成氣甲烷化的反應裝置。為達到上述發明目的，本發明提出了一種合成氣甲烷化的滴流床反應裝置。

本發明的目的在于提供一種反應熱移除效果好、產品收率高、設備投資少的合成氣甲烷化的反應裝置。為達到上述發明目的，本發明提出了一種合成氣甲烷化的滴流床反應裝置。

一種合成氣甲烷化的滴流床反應裝置，包括：甲烷化反應單元模塊、換熱器模塊和油氣分離模塊三部分構成，其中，甲烷化反應單元模塊包括導熱油儲罐和滴流床甲烷化反應器，換熱器模塊包括廢熱鍋爐和原料預熱器，油氣分離模塊包括油氣分離器和泵；