一种轴径向固定床甲烷化反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种轴径向固定床甲烷化反应器，包括承压壳体（1）和内构件，所述承压壳体（1）包括顶封头、底封头、中间壳体，所述顶封头上有反应原料入口，底封头上有反应产物出口；所述内构件自上而下依次包括顶部的密封帽罩（3）、中部的中心筛网管（4）和外筛网（5）以及底部的催化剂卸料管（6）；所述中心筛网管（4）顶部封闭；所述外筛网（5）与中心筛网管（4）及承压壳体（1）分别构成外、内两个环形空间，所述的承压壳体（1）和外筛网（5）之间外环形空间的上部是开放的，所述中心筛网管（4）和外筛网（5）之间的内环形空间分为上部催化剂床层a，下部隔热填料区b。本发明专利技术的壳体和内构件分别承压和承温，对反应器材质的要求低。

【技术实现步骤摘要】
一种轴径向固定床甲烷化反应器
本专利技术涉及制备替代天然气（SNG）的甲烷化反应装置，尤其涉及以煤经气化、变换、酸性气脱除单元后的合成气为原料制备SNG的甲烷化反应设备。本专利技术属于煤制天然气领域。
技术介绍
煤制替代天然气（SNG）正在成为煤化工领域的新热点。在我国天然气藏量有限、产能不能满足需求的局面下，煤制天然气是对我国天然气资源的有效补充手段。煤制SNG的核心工艺在于甲烷化技术，而甲烷化反应器正是其中的核心设备。甲烷化反应为剧烈放热反应，这使得反应器壳体既要承受较高压力又要承受甲烷化反应所带来的急剧温升。如果采用热壁轴向反应器设计，承压壳体材质需选用高合金钢材料，工程造价高；如果采用冷壁绝热反应器设计，反应器内壁需设置耐热衬里，这样不但增加了反应器壳体直经，规模放大困难，而且耐热衬里施工和维护困难；同时轴向固定床反应器具有移热效果差，床层压力降大等诸多弊端。比如专利CN102205220A公开了一种反应器，其具有外通道和内通道，以通过多个通道使反应原料反复通过填料床层，但是上述反应器的承压和承热能力仍然难以适应甲烷化反应的剧烈放热和高压力。目前，工业化的甲烷化反应器多采用冷壁绝热轴向固定床反应器，也没有很好地解决以上技术难题。
技术实现思路
本专利技术提出一种轴径向固定床甲烷化反应器，这种反应器将目前煤制替代天然气甲烷化工艺中冷壁绝热轴向固定床甲烷化反应器替代为新型热壁轴径向固定床甲烷化反应器，使得主要压力载荷和主要温度载荷分别由承压壳体和反应器内构件承担；反应器采用热壁设计，反应原料从顶部轴向进入反应器，经盖板的阻挡进入外筛网与承压壳体间的环形空间，转为径向依次通过外筛网、催化剂床层a、中心筛网管，并汇集到中心筛网管内，最终反应产物由反应器底部轴向排出，甲烷化反应为剧烈放热反应，其产物温度较高，约600~700度，因此本专利技术的反应器仅在底部设置隔热填料区b（不在壳体内设置隔热衬里），以保护反应器底部壳体。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种轴径向固定床甲烷化反应器，其包括壳体和内构件，其特征在于：所述承压壳体1包括顶封头、底封头、中间壳体，所述顶封头上有反应原料入口，底封头上有反应产物出口。所述内构件自上而下依次包括顶部的密封帽罩3、中部的中心筛网管4和外筛网5以及底部的催化剂卸料管6。所述中心筛网管4位于反应器中心，其顶部封闭，底部与所述的底封头的反应产物出口连通。所述外筛网5位于承压壳体1和中心筛网管4之间，其与中心筛网管4及承压壳体1分别构成内、外两个环形空间，其中：所述的承压壳体1和外筛网5之间外环形空间的上部是开放的、底部是封闭的，用于接收从顶封头进入的反应原料，所述外筛网5底部设置环形支撑圈与所述承压壳体1固定。所述中心筛网管4和外筛网5之间的内环形空间分为上、下两个区域，上部为催化剂床层a，下部为填充隔热填料的隔热填料区b。该隔热填料区b内填充隔热填料，所述隔热填料区b内填充单一材质或多种复合材质的隔热填料，例如单一材质或多种复合材质的隔热绳、隔热带、隔热毡毯、隔热球或隔热粉末。如上所述，所述隔热材料区b装填隔热材料而不装填催化剂，形成介质不流动区，因为该区域没有催化剂，介质也不流动，不会产生反应热，使得该区域成为绝热区域，进一步避免了甲烷化反应放热而急剧升温对承压壳体1的影响；埋入所述隔热填料区b的中心筛网管4的管壁封闭。所述的密封帽罩3扣在中心筛网管4和内环形空间的顶部，所述密封帽罩3和所述外筛网5固定紧密连接，所述密封帽罩3和所述中心筛网管4外壁不固定而采用动态密封，所述密封帽罩3与所述中心筛网管4外壁和所述外筛网5内壁之间的间隙均不得大于催化剂粒径。所述密封帽罩3是由顶面和侧壁的环形盖箱式结构或环形盖箱与中心盖箱的组合式结构。当密封帽罩3为组合式结构时，其中心盖箱套扣在所述中心筛网管4顶部，并与扣在内环形空间的顶部的环形盖箱紧密连接。所述的盖箱顶面封闭、底面敞开，环形盖箱的侧壁与中心筛网管4形成动态密封，即当所述的催化剂床层a因温度变化而体积涨缩时，密封帽罩3会随着上下移动。密封帽罩3作用是将一部分催化剂或者催化剂替代物封闭在密封帽罩3、中心筛网管4、外筛网5和隔热填料区b所包围的内环形空间里。其环形盖箱应具有一定高度，其内部装填催化剂或催化剂替代物，比如瓷球，环形盖箱催化剂或催化剂替代物的料位会因下列原因导致降低：1.内环形空间内催化剂因自然沉降或受压沉降导致环形盖箱内催化剂料位降低。2.中心筛网管4和外筛网5因受热膨胀带动密封帽罩3向上移动导致环形盖箱内催化剂料位降低。环形盖箱的高度应使催化剂或其替代物料位维持在环形盖箱内部的一定高度，其作用是迫使反应原料径向走催化剂床层a区进行反应，而不至于因催化剂料位降低导致催化剂床层a区和环形盖箱间形成间隙，反应原料走短路。由于甲烷化反应强放热反应特性使外筛网5的温度较中心筛网管4的温度低，外筛网和中心筛网管4的受热膨胀量不同，环形盖箱的侧壁与中心筛网管4的动态密封和中心盖箱使中心筛网管4能自由膨胀而不漏催化剂或使反应原料走短路。所述内部催化剂卸料管6插入所述外部催化剂卸料管。所述中心筛网管4为两层结构，外层是由筛条和支撑杆焊接而成的楔形绕丝筛网，采用特殊加工方法焊接制造，其强度高、刚性好，可针对不同粒径的催化剂调整筛条间隙，所述外层的楔形绕丝筛网的筛条之间的间隙小于该中心筛网管4和外筛网5之间填充的催化剂粒径，以能将催化剂挡在筛网外，实现催化剂和反应原料的两相分离；内层是冲孔钢板，所述内层的冲孔钢板厚度为4~50mm；所述冲孔钢板的厚度及开孔率和开孔直径根据床层厚度、床层允许压降、反应原料流速和冲孔钢板的材质计算确定，通过控制薄钢板的开孔率可实现工艺反应原料以较低的压降均匀地径向通过。所述承压壳体1底封头上设置中心开孔的与所述产物出口连通的环形管座，该中心筛网管4底部插入所述承压壳体1底封头上的环形管座内，该中心筛网管4的管壁与该环形管座之间密封，一般通过销钉和陶纤绳进行定位和密封。所述环形管座内壁以及所述反应产物出口内壁均铺衬隔热材料。所述外筛网5选自下列两类结构之一：所述外筛网5是由筛条和支撑杆焊接而成的楔形绕丝筛网整体单层的圆筒外筛网结构，其底部通过支撑件与承压壳体1封闭连接。所述外筛网5是各种形状的筒形筛网单元组合结构，包括扇筒形、圆筒形和多边形筒形，每个筒形筛网单元顶部敞开，底部封闭。上述筒形筛网单元采用单一组合形成整体环形外筛网5，即整体环形外筛网5由扇筒形单元组合而成、或由圆筒形单元组合而成，或由多边形筒形单元组合而成。整体单层的圆筒外筛网结构优点是整个催化剂固定床床层厚度一致，反应原料在床层内分布均匀；需要在承压壳体1未封闭前放入，通常对外筛网破损进行局部修补。因此，外筛网直径较大时通常采用筒形筛网单元组合而成的整体环形外筛网结构，其优点是可以分别将单个筒形筛网单元通过反应器顶部人孔放入反应器再组装成整体，一旦单个筛网单元出现破损，可以对单个筒形外筛网单元进行更换，维护和修理方便；较适用于催化剂固定床床层厚度存在变化的情况。所述外部催化剂卸料管由所述承压壳体1的底封头插入连接所述内部催化剂卸料管6，内部催化剂卸料管6，穿过所述隔热填料区b与所述催化剂床层a接触。所述外部催化剂卸料管由所述承压壳体1的中间壳体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轴径向固定床甲烷化反应器，包括承压壳体（1）和内构件，其特征在于：所述承压壳体（1）包括顶封头、底封头、中间壳体，所述顶封头上有反应原料入口，底封头上有反应产物出口；所述内构件自上而下依次包括顶部的密封帽罩（3）、中部的中心筛网管（4）和外筛网（5）以及底部的催化剂卸料管（6）；所述中心筛网管（4）位于反应器中心，其顶部封闭，底部与所述的底封头的反应产物出口连通；所述外筛网（5）位于承压壳体（1）和中心筛网管（4）之间，其与中心筛网管（4）及承压壳体（1）分别构成内、外两个环形空间，其中：所述的承压壳体（1）和外筛网（5）之间外环形空间的上部是开放的、底部是封闭的，用于接收从顶封头进入的反应原料，所述外筛网（5）底部设置环形支撑圈与所述承压壳体（1）固定；所述中心筛网管（4）和外筛网（5）之间的内环形空间分为上、下两个区域，上部为催化剂床层a，下部为填充隔热填料的隔热填料区b。

【技术特征摘要】
1.一种轴径向固定床甲烷化反应器，包括承压壳体(1)和内构件，其特征在于：所述承压壳体(1)包括顶封头、底封头、中间壳体，所述顶封头上有反应原料入口，底封头上有反应产物出口；所述内构件自上而下依次包括顶部的密封帽罩(3)、中部的中心筛网管(4)和外筛网(5)以及底部的催化剂卸料管(6)；所述中心筛网管(4)位于反应器中心，其顶部封闭，底部与所述的底封头的反应产物出口连通；所述外筛网(5)位于承压壳体(1)和中心筛网管(4)之间，其与中心筛网管(4)及承压壳体(1)分别构成内、外两个环形空间，其中：所述的承压壳体(1)和外筛网(5)之间外环形空间的上部是开放的、底部是封闭的，用于接收从顶封头进入的反应原料，所述外筛网(5)底部设置环形支撑圈与所述承压壳体(1)固定；所述中心筛网管(4)和外筛网(5)之间的内环形空间分为上、下两个区域，上部为催化剂床层a，下部为填充隔热填料的隔热填料区b；所述的密封帽罩(3)扣在中心筛网管(4)和内环形空间的顶部，所述密封帽罩(3)和所述外筛网(5)固定紧密连接，所述密封帽罩(3)和所述中心筛网管(4)外壁不固定而采用动态密封，所述密封帽罩(3)与所述中心筛网管(4)外壁和所述外筛网(5)内壁之间的间隙均不大于催化剂粒径；所述密封帽罩(3)是由顶面和侧壁的环形盖箱式结构或环形盖箱与中心盖箱的组合式结构；当密封帽罩(3)为组合式结构时，其中心盖箱套扣在所述中心筛网管(4)顶部，并与扣在内环形空间的顶部的环形盖箱紧密连接；所述的盖箱顶面封闭、底面敞开，环形盖箱的侧壁与中心筛网管(4)形成动态密封；所述中心筛网管(4)为两层结构，外层是由筛条和支撑杆焊接而成的楔形绕丝筛网，内层是冲孔钢板，所述外层的楔形绕丝筛网的筛条之间的间隙小于该中心筛网管(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张迎恺，吴迪，戴文松，张铁钢，陈国柱，马婧，王卫军，
申请(专利权)人：中国石化工程建设有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11