[發明專利]一種徑向反應器和一種化學鏈反應的工藝方法

有效

• 申請號: 201710575796.7
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN109250687B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 方向晨;梁皓;尹澤群;劉全杰;張錦樺
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司大連石油化工研究院
• 主分類號: C01B3/34
• 分類號: C01B3/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種徑向反應器和化學鏈反應的工藝方法，反應器包括內筒、中筒和外筒，內筒和中筒的筒壁上均勻分布若干開孔，外筒筒壁為封閉的實體；反應器具有至少兩個反應區，各反應區之間設置封閉區，在各反應區的外筒筒壁上均設置有進口和出口。所述化學鏈反應采用上述反應器，將載氧體密集堆積于內筒和中筒的筒壁間，各反應階段的反應氣體從各反應區的下部進口進氣，與載氧體徑向逆流接觸反應。利用此反應器的化學鏈反應工藝，具有原料氣體分布均勻、床層壓降小的優點；將多個或兩個反應器合為一體，減少了氣固分離裝置，并實現了無閥操作，既解決了氣固分離，又解決了高溫下閥壽命短和載氧體在閥里易磨損的問題。

技術領域

本發明涉及一種徑向反應器，及利用其進行化學鏈反應的工藝方法，屬于化學鏈制氫領域技術。

背景技術

氫氣是煉廠的重要工藝原料，廣泛應用于汽油、柴油、渣油加氫等過程，用來調節產品氫碳比及脫硫、脫氮。從全球范圍來看，原油重質化、劣質化越來越嚴重，對大型煉廠來說，在重質、劣質原油加工方面加氫裂化和加氫處理工藝路線有利于將原料“吃干榨盡”，效益優于焦化路線，隨著油品質量升級的不斷加快，煉廠氫氣需求快速增加。

天然氣制氫污染少、歐美先進的煉油公司大多以天然氣為原料制取氫氣。生產1000m³氫氣，其最新技術的綜合能耗為11.30GJ~12.56GJ，國內新裝置的設計指標也已經降到13.66GJ。工業上由天然氣制取氫氣的工藝技術主要是蒸氣轉化SRM、部分氧化POM和自熱重整ATR 三種。目前世界上擁有天然氣制氫技術的公司主要有法國的德希尼布Technip、德國的魯奇Lurgi、林德Linde和伍德Uhde，英國的福斯特惠勒 Foster Wheeler及丹麥的托普索 Tops e。蒸氣轉化法是指在催化劑存在及高溫條件下使甲烷等烴類與水蒸氣發生反應生成合成氣，為防止催化劑中毒，原料天然氣需進行脫硫預處理至硫的質量分數小于10^-7，然后經過重整反應制備合成氣合成氣，再經水煤氣變換反應將CO進一步轉化為氫氣和CO₂，最后將CO₂通過變壓吸附(PSA)脫除得到氫氣。

化學鏈制氫是最具有工業化前景的制氫技術，它是一種制氫兼顧二氧化碳捕集的新技術。它把天然氣蒸汽重整反應分成三步進行，分別在兩個反應器中得到氫氣和二氧化碳，不需要氣體分離，具有制氫效率高、氫氣純度高、二氧化碳零排放的優點，非常符合現在及未來制氫技術的發展要求。經過十多年的研發，美國建成了全球首家工業化示范裝置，離工業化應用越來越近。

化學鏈制氫的反應器包括燃料反應器、蒸汽反應器和空氣反應器。國內中科院廣州能源所和東南大學對化學鏈生物質制合成氣進行過研究，他們的反應器都采用流化床反應器。國外俄亥俄州立大學范良士教授的化學鏈制氫的燃料反應器和蒸汽反應器都采用移動床，空氣反應器采用流化床，三個反應器串聯起來實現循環。由于燃料反應器和蒸汽反應器都采用軸向逆流移動床，原料氣體從反應器底端進入，由下往上流動，雖然原料氣體進入反應器底端后先經過氣體分布器，但是考慮到載氧體從上往下移動，而且需要流出反應器，氣體分布器會影響載氧體順利移動，而且氣體分布也不均勻，反應器中載氧體床層壓降也比較大，除此之外，燃料反應器和蒸汽反應器之間的氣固(載氧體和原料氣、產品氣體)分離也是研究的難點，采用閉鎖料斗和借鑒S-Zorb經驗進行氣固分離那么系統非常復雜，過程能耗大。

發明內容

為解決現有技術中化學鏈反應器大部分為軸向移動床或流化床反應器，在反應中存在壓降大，氣體分布不均等問題，本發明提供一種徑向反應器，應用于化學鏈反應，能有效降低壓降，解決氣體分布問題，反應效率更高，還解決了氣固分離問題。

為實現以上技術目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明第一方面的技術目的是提供一種徑向反應器，包括內筒、中筒和外筒三層，所述內筒和中筒的筒壁上均勻分布若干開孔，外筒筒壁為封閉的實體；所述反應器具有至少兩個反應區，各反應區之間設置封閉區，所述封閉區為在內筒的中心空間內、中筒與外筒的筒壁空間內均有一段耐高溫填充物，在各反應區的外筒筒壁上均設置有進口和出口。