一种合成气甲烷化的流化床反应器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种合成气甲烷化的流化床反应器，一种合成气甲烷化的流化床反应器，所述流化床反应器包括反应器筒体，所述反应器筒体包括湍流段和扩大段，所述扩大段通过圆台与所述湍流段连接，其特征在于，所述反应器筒体还包括移动床段，所述移动床段由多孔支撑板与所述扩大段分隔开来并且设有催化剂入口和催化剂出口。所述反应器还包括换热构件和挡板构件。本实用新型专利技术的新型流化床反应器既可以快速移出反应热量、有效促进原料与催化剂间的传质，同时显著提高合成气的转化率，并副产高低压蒸汽。

【技术实现步骤摘要】
一种合成气甲烷化的流化床反应器
本技术涉及煤制天然气
，尤其涉及一种合成气甲烷化的流化床反应器。
技术介绍
我国富煤、少油、贫气。优化利用相对丰富的煤炭资源(特别是劣质碎煤)制代用天然气(SNG)，不仅可以缓解我国天然气供应不足的局面，弥补天然气供需缺口，对于实现油气资源的多元化、能源安全、节能减排等方面具有战略性意义。 煤制SNG的技术基础是甲烷化反应。所谓甲烷化反应通常是指CO或CO2在催化剂作用下加氢生成CH4和H2O的强放热反应。反应热的移出是甲烷化反应器设计的核心问题之一。 目前，甲烷化反应器技术一般分为固定床(特别是绝热固定床)，流化床或固定床与流化床组合反应技术。中国专利申请CN1957076A及美国专利US3967936公开固定床反应器的甲烷化装置。固定床甲烷化反应器技术一般采用外置或内置换热器方式移出反应热。然而固定床反应器技术所需的设备较多，工艺复杂，热利用率低，催化剂处于一种不均匀温度，对催化剂的制备要求较高。流化床反应器甲烷化技术则具有热量传递较快，传递效果较好等优点。 中国专利CN1960954B公开了一种基于流化床反应器的甲烷化反应工艺，尽管该工艺技术取热方式较新颖，依赖于原料气中附加的芳香烃热化学反应和重整吸热来平衡，但增加了后续产品分离设备和操作费用，而且消耗苯、甲苯或萘等高价值的物质取热并不具有显著的经济性和普适性。 中国专利申请CN102600771A公开了一种用于含H2和CO混合气甲烷化流化床反应器及方法，该甲烷化流化床工艺通过直接使用冷却水和低温原料气与产品气分段直接接触，有效解决了床层内部的飞温现象，抑制催化剂在高温下的烧结。但由于水是甲烷化的反应产物之一，直接使用水将不利于甲烷化反应的进行，同时整个反应工艺必然产生大量需要处理的废水，环保压力较大。 中国专利CN102180757B公开了一种通道式循环流化床反应器用于甲烷化反应，核心是在通道反应器器壁上涂覆Ni基甲烷化催化剂，合成气携带吸附剂CaO和MgO进入通道式反应器充分接触反应，其CO转化率略低。而且，该反应技术较难实现大规模生产，对甲烷化这样的大宗产品生产不太适用。 中国专利申请CN102773051A提出了一种磁场环境作用下流化床合成气甲烷化的方法，利用磁场强化气固传热传质，提高一氧化碳转化率和甲烷收率。但由于甲烷化反应为强放热反应，反应热的移出是反应工艺的重要组成部分，但该专利并没有提及如何解决换热问题。 一般地，流化床反应器内存在气固返混现象，从而影响气固接触效果，进而影响到合成气甲烷化等这类快速反应的反应结果，以致流化床对合成气的转化率相对较低。而且，合成气甲烷化反应为强放热反应，如何迅速移出反应热倍受关注。总之如何同时实现流化床的高效换热及高度转化仍是流化床反应器甲烷化技术的难点，也正是本技术的出发点。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种新型甲烷化流化床反应器装置，该装置集成了流化床与移动床功能，可以同时解决流化床的高效换热及高度转化等问题。 本技术的目的是通过以下技术方案实现的。 本技术提供了一种甲烷化流化床反应器，所述流化床反应器包括反应器筒体，所述反应器筒体包括湍流段和扩大段，所述扩大段通过圆台与所述湍流段连接，其特征在于，所述反应器筒体还包括移动床段，所述移动床段由多孔支撑板与所述扩大段分隔开来并且设有催化剂入口和催化剂出口。 在本技术的一个优选实施方案中，所述扩大段反应器筒体的直径是湍流段的2-5倍。由于湍流段与扩大段的直径不等，二者之间形成圆台，所述圆台的高度为湍流段反应器筒体直径的1/3-4/5。移动床段反应器筒体的直径与扩大段的相同。所述反应器筒体的湍流段、扩大段和移动床段是沿竖直方向自下而上依次设置的。 在本技术的另一个优选实施方案中，所述反应器还包括位于湍流段和扩大段的换热内构件，例如中心轴换热管和/或内壁换热构件。所述中心轴换热管可以具有任意形状，如直管、扁管、螺旋扭曲扁管和内置扭带圆管，优选地直管；并且例如可以另外具有垂直于中心轴的区段，该区段例如沿着多孔支撑板延伸至反应器之外，由此中心轴换热管中的换热介质可被引入引出反应器。所述内壁换热构件靠近反应器的内壁设置，并可以具有常规换热器的任意形状，如螺旋管形、U型管形、波纹管型等。优选地，所述反应器还包括位于移动床段的换热构件。所述换热构件可以包括沿着中心轴和/或靠近内壁的区段。原料气，即CO或CO2和H2的混合气，从反应器底部进入，与位于湍流段、扩大段和移动床段的催化剂先后接触后进行甲烷化反应，所产生的反应热部分地由上述换热构件分别带出；换热介质可以为水、导热油、烟道气。通过换热介质可以直接或间接副产高低压蒸汽等。 在本技术的另一个优选实施方案中，所述反应器还包括位于扩大段、与中心轴换热管连接的挡板构件。优选地，所述挡板构件的总数为至少一个，其形状是开口朝下的空心截头圆锥形，其与换热管的夹角为50-70°，所述截头圆锥形的挡板构件的斜边长度(即沿着圆锥体的侧面延伸的长度)为湍流段反应器筒体直径的1/8-1/3，所述截头圆锥形的挡板构件的上缘与所述圆台的上缘的距离为湍流段反应器筒体直径的1.0-1.5倍。该挡板的作用是使得部分催化剂(如颗粒尺寸较大的催化剂)返混，以免进入移动床段。 在本技术的另一个优选实施方案中，所述反应器还包括至少一个位于所述移动床段的挡板构件。优选地，当移动床段催化剂入口高于催化剂出口时，为了实现移动床段催化剂的流动功能，所述挡板构件的一部分或者其中一个靠近移动床段的催化剂入口并与反应器的内壁相连，所述挡板构件的另一部分或者另一个靠近移动床段的催化剂出口并与反应器的内壁及多孔支撑板相连，并且优选地，前者的安装位置高于后者的安装位置，以使催化剂更易流动。催化剂从移动床段的催化剂入口加入，在所述移动床段挡板构件的作用下流经多室，然后从该段反应器筒体的另一侧出口移出。 在本技术的另一个优选实施方案中，所述反应器还包括气体分布器，其位于反应器筒体内并设置于反应器筒体的湍流段之下。在一定的压力下，原料气从反应器筒体底部进入反应器，经由气体分布器使湍流段的催化剂处于湍流流化状态，接着催化剂与未反应完全的混合气进入扩大段，随后部分较细催化剂与混合气经由多孔支撑板从扩大段进入移动床段。 在本技术的另一个优选实施方案中，所述反应器还包括用于分离气体和催化剂的气固分离器，如旋风分离器，其可位于反应器筒体外并与移动床段的顶部连通。优选地，气固分离器还通过催化剂输送管与反应器筒体湍流段连通。优选地，气固分离器位于反应器的上方，该分离器分离从移动床段带出的催化剂，并优选地将分离出的催化剂通过气固分离器的催化剂输送管加入湍流段；气固分离器还设有产品气体出口，用于收集气体产品O 在本技术流化床反应器的一个优选实施方案中，甲烷化反应的高度转化和高效换热是如下实现的: (I)首先，原料气，即CO或CO2和H2的混合气，从反应器筒体底部进入反应器，经由气体分布器使催化剂处于湍流流化状态，进入湍流段，此时原料气与催化剂颗粒接触并进行部分反应得到混合反应气； (2)进入扩大段后，混合反应气中未转化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成气甲烷化的流化床反应器，所述流化床反应器包括反应器筒体，所述反应器筒体包括湍流段和扩大段，所述扩大段通过圆台与所述湍流段连接，其特征在于，所述反应器筒体还包括移动床段，所述移动床段由多孔支撑板与所述扩大段分隔开来并且设有催化剂入口和催化剂出口。

【技术特征摘要】
1.一种合成气甲烷化的流化床反应器，所述流化床反应器包括反应器筒体，所述反应器筒体包括湍流段和扩大段，所述扩大段通过圆台与所述湍流段连接，其特征在于，所述反应器筒体还包括移动床段，所述移动床段由多孔支撑板与所述扩大段分隔开来并且设有催化剂入口和催化剂出口。2.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，所述扩大段反应器筒体的直径是所述湍流段的2-5倍；所述移动床段反应器筒体的直径与扩大段的相同。3.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于，所述圆台的高度为所述湍流段反应器筒体直径的1/3-4/5。4.根据权利要求1至3中任一项所述的流化床反应器，其特征在于，所述反应器还包括位于湍流段和扩大段的中心轴换热管(2)和/或内壁换热构件(3)、和/或位于移动床段的换热构件⑶。5.根据权利要求4所述的流化床反应器，其特征在于，所述反应器还包括至少一个位于扩大段的挡板构件(4)，该挡板构件与所述中心轴换热管(2)连接。6.根据权利要求5所述的流化床反应器，其特征在于，所述挡板构件(4)的形状是开口朝下的空心截头...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春启，郑进保，汤俊丽，张诺伟，梅长松，陈秉辉，刘学武，左玉帮，郜捷，
申请(专利权)人：大唐国际化工技术研究院有限公司，厦门大学，
类型：新型
国别省市：北京;11