一种等温低温甲烷化反应器制造技术

本实用新型专利技术属于化学领域，涉及一种等温低温甲烷化反应器，包括壳体，壳体内部空间自上而下通过上管板、下管板分隔为水室，汽室和反应室，反应室通过设有多个通气孔的径向筐分隔成位于外侧的环隙空间和位于内部的筐内室，筐内室中设有多根换热管，以及至少一根中心管；壳体上设有连通至环隙空间的未反应气进口，中心管的一端设有反应气输出口，其特征在于，所述多根换热管通过下管板连通至汽室，所述换热管内部设有内套管，内套管通过上管板连通至水室，内套管的下端一直延伸至换热管底部或接近底端处。该反应器可将甲烷化反应放出的热量及时用另一种介质移走，维持反应在低温恒温下进行。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术属于化学领域，涉及一种等温低温甲烷化反应器，包括壳体，壳体内部空间自上而下通过上管板、下管板分隔为水室，汽室和反应室，反应室通过设有多个通气孔的径向筐分隔成位于外侧的环隙空间和位于内部的筐内室，筐内室中设有多根换热管，以及至少一根中心管；壳体上设有连通至环隙空间的未反应气进口，中心管的一端设有反应气输出口，其特征在于，所述多根换热管通过下管板连通至汽室，所述换热管内部设有内套管，内套管通过上管板连通至水室，内套管的下端一直延伸至换热管底部或接近底端处。该反应器可将甲烷化反应放出的热量及时用另一种介质移走，维持反应在低温恒温下进行。【专利说明】一种等温低温甲烷化反应器
本技术属于化学领域，涉及一种化学合成设备，具体地说，涉及一种反应器，其可在一定的恒定低温下进行CO与H2反应生成甲烷和水以及CO2与H2反应生成甲烷和水的设备，应用于含有大量的CO及CO2分别与H2反应生成甲烷，即合成天然气。
技术介绍
目前，工业上合成天然气主要有焦炉气制天然气及煤制天然气两种。合成天然气的关键反应是甲烷化反应，其反应式为:C0+3H2=CH4+H20 Λ H298 = — 206KJ/molC02+4H2=CH4+2H20 Δ H298 =- 165KJ/mol甲烷化反应均为强放热可逆反应，在典型的甲烷化反应条件下，气体中每1%C0转化的绝热温升约为72°C，每1%C02转化的绝热温升约为60°C。由于合成天然气的原料气体中CO及CO2含量很高，为了控制温度，甲烷化反应器必须采用多台串联的方式，并且采用大量气体循环的方式以降低反应器进口气体中CO及CO2含量(一般控制C0+C02:3?5%)。若第一甲烷化反应器气体进口温度为300°C，则出口温度为600?700°C。现有的甲烷化反应均采用高温反应器，其中的合成反应为绝热反应形式，即经催化剂床层绝热反应后，气体出反应器，再经高压锅炉产生蒸汽回收热量。高温甲烷化反应温度非常高，设备材质要求高，安全性差。由于反应温度高，尤其是第一甲烷化反应器温度为600?700°C，需要使用耐高温的材料制作，设备造价高。如专利申请号201110418273.4的中国专利申请，其通过采用耐高温的不锈钢材质和受热冲击高温耐火材料等来提高反应器的使用寿命。但是，绝热式的高温反应器仍然存在一系列缺陷:1.安全性方面:如果发生甲烷化反应器进口气体中CO及CO2含量突然增加时，反应器很容易发生超温事故，安全可靠性较差。2.催化剂成本高:高温甲烷化工艺，必须使用能耐700°C高温的甲烷化催化剂，以满足该工艺的要求。甲烷化催化剂主要活性成分为镍，以氧化铝为载体。普通的甲烷化催化剂中镍含量约为20?30%，其使用温度范围为200?400°C。高温甲烷化催化剂中镍含量约为40?50%，其使用温度范围为300?700°C。高温甲烷化催化剂制造成本高，价格昂虫贝ο3.高温积炭:高温甲烷化工艺为绝热反应，反应器内催化剂床层温度为300?7000C。当温度在400°C以上时容易产生积炭反应，造成催化剂表面积炭，使催化剂的活性下降，影响催化剂的使用寿命。4.电耗高:由于甲烷化反应原料气体中的CO及CO2含量高(C0+C02: 20?25%)，为了控制温度，必须采用大量气体循环的方式以降低反应器进口气体中CO及CO2含量(一般控制C0+C02:3?5%)，其循环气体流量约为新鲜气体流量的5倍，电耗较高。尽管存在上述诸多缺陷，目前的甲烷化反应器的改进方向仍然是以如何提升设备耐热性为主。鲜有业内人士关注于如何降低反应温度。作为同样是一种放热合成的反应器——CO与水蒸气变换成CO2和H2的反应设备，已有研究采用一种等温低温CO变换反应器来实现上述反应，如专利号200910227101.1的中国专利。该反应器包括圆筒外壳中的径向筐和汽室、水室，设有中心管的径向筐中装填催化剂组成的催化床，催化床中设有多根悬置换热管且内有水，短管上端同汽室相连通，催化床中还设有倒U形管，其两端口分别同两个同心的环形管相连，一个环形管经接管及蒸汽进口同汽包的蒸汽出口相连，另一个环形管经对应接管同圆筒外壳与径向筐之间的环隙相同，未反应气进口也同该环隙相通；汽包水出口同水室相连，汽室的蒸汽出口连至汽包的蒸汽进口。这样，反应中产生的热靠蒸汽蒸发移热，维持反应在低温恒温下进行。上述反应器设计上的特点适应于CO变换反应，但是，当将该反应器用于甲烷化反应时，其移热效果却不佳，达不到有效地将反应温度维持在较低温度下进行的效果，这是因为，虽然CO变换反应也是放热反应，但甲烷化反应的放热强度相当于CO变换反应的四倍以上，因此，上述反应器还不足以使用在甲烷化反应中。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有高温甲烷化技术存在的缺陷，提供一种等温低温甲烷化反应器，它可以将甲烷化反应中不断放出的热量及时用另一种介质移走，维持反应在低温恒温下进行。本技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能持续有效散热的甲烷化反应器。技术提供的甲烷化反应器，包括壳体，壳体内部空间自上而下通过上管板、下管板分隔为水室，汽室和反应室，反应室通过设有多个通气孔的径向筐分隔成位于外侧的环隙空间和位于内部的筐内室，筐内室内设有多根换热管和至少一根中心管，所述中心管(侧壁上)设有多个通气孔；壳体上设有连通至环隙空间的未反应气进口，中心管的一端设有反应气输入开口，所述多根换热管通过下管板连通至汽室，所述换热管内部设有内套管，内套管通过上管板连通至水室，内套管的下端一直延伸至换热管底部或接近底端处。优选地，所述的换热管和中心管呈径向竖直排布。所述径向筐侧壁呈圆筒状，中心管与径向筐同轴。通过上述的设置，所述筐内室中多根换热管之间，以及换热管与中心管之间的空间，成为填充有催化剂的催化反应空间。待反应的气体通过未反应器进口进入反应室内，首先弥漫于环隙空间，再通过径向筐上均匀分布的小孔进入筐内室，在筐内室的催化反应空间中，发生强放热的合成反应，此时，所产生的热量传递至换热管中。换热管由于和水室相连通，管内充满水，水持续受热并蒸发断带走热量，形成蒸汽进入汽室并排出反应系统之外。本技术能获得良好及时的持续的移热效果，换热管中的内套管起到了非常关键的作用。在本技术中，内套管上端连接水室，下端一直深入到换热管深处，接近底端的地方。由此，液态水可以从换热管的底部开始注入，由此形成升膜蒸发相变传热，其传热系数大，尤其适用于这种强放热反应中，经试验，该设置有利于有效地将甲烷化反应系统控制在较低的恒定温度下，例如控制在300?320°C的反应温度下。作为一种优选的实施方式，筐内室下端设为漏斗形。由于筐内室的间隙中填充了催化剂，为了方便催化剂的更换，筐内室下端设为漏斗形，锥形下端设有催化剂出口。所述催化剂出口设有活动式密封机构。当需要更换催化剂时，打开该密封机构使催化剂出口敞开，以输出催化剂；平时，催化剂出口则通过密封机构封闭密封。所述壳体上设有连通至筐内室顶部空间的进料口，以在更换催化剂时，从该进料口输入催化剂。进一步地，在壳体外设有汽包，汽包设有进水口和蒸汽出口。该汽包可设于壳体上方，汽室通过蒸汽输送管连通至汽包，分离水后的蒸汽可进一步通过设置于汽包上的蒸汽输送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种甲烷化反应器，包括壳体(14)，其特征在于，壳体(14)内部空间自上而下通过上管板(8)、下管板(9)分隔为水室(22)，汽室(21)和反应室(20)，反应室(20)通过设有多个通气孔的径向筐(13)分隔成位于外侧的环隙空间(19)和位于内部的筐内室(23)，筐内室(23)中设有多根换热管(11)和至少一根中心管(12)，所述中心管(12)设有多个通气孔；所述壳体上设有连通至环隙空间(19)的未反应气进口(18)，中心管的一端设有反应气输出口(15)，所述多根换热管(11)通过下管板(9)连通至汽室(21)，所述换热管(11)内部设有内套管(10)，内套管(10)通过上管板(8)连通至水室(22)，内套管(10)的下端一直延伸至换热管(11)底部或接近底端处。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹明大，
申请(专利权)人：尹明大，
类型：新型
国别省市：广东;44