使用多个反应器的甲烷化装置制造方法及图纸

一种与水源（１０８）和含有要被甲烷化的气体的气体源（１０１）一起使用的甲烷化装置（１００），其中反应器装置（１１１４）具有多个各自用于甲烷化输入装置（１１４）的气体的甲烷化反应器（１１４Ａ，１１４Ｂ，１１４Ｃ），和气体输送和冷却装置，该气体输送和冷却装置适用于将来自所述气体源的气体输送到每个所述甲烷化反应器中，并将来自水源的水和每个甲烷化反应器的被输送到下一个甲烷化反应器的产物混合，和将所述混合物输送到所述的下一个甲烷化反应器中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用多个反应器的甲烷化装置                          专利技术背景本专利技术涉及合成气的甲烷化，特别涉及用于受控甲烷化的、使用多个反应器的甲烷化装置。甲烷化反应已经众所周知超过70年，并且已经应用在很多工业生产方法中，包括氨合成、氢装置纯化以及从多种原料生产替代天然气。甲烷化通常用作气体纯化方法，以从气体如合成气(“syngas”)中去除微量的碳氧化物。另外，甲烷化已经用于生产合成天然气(甲烷)，并可以用于转化合成气，以生产适用在常规燃料电池装置中的含甲烷合成气。特别地，合成气的甲烷化包括合成气中的碳氧化物，即一氧化碳和二氧化碳与氢气之间的反应，生成甲烷和水，如下所示：        (1)      (2)甲烷化反应(1)和(2)在大约300℃、在装有含镍催化剂的甲烷化反应器中进行，并且强放热。通常，在用于氢装置的常规甲烷转化器气体组合物中的温升，对于每1％转化的一氧化碳为大约74℃，对于每1％转化的二氧化碳为大约60℃。如可以想到的，由于甲烷化反应(1)和(2)的放热特性，必须控制合成气甲烷化过程中甲烷化反应器中的温度，以防止反应器催化剂的过热。而且，由于低温下有利于甲烷的形成，从平衡的观点看高温是不希望的，并且高温减少合成气转化成甲烷的量。反应器催化剂上烟灰的形成也是需要关心的，并需要将水加到合成气中。另外，在某些类型的燃料电池应用中，燃料电池要求在燃料电池组中进行甲烷重整。吸热的甲烷重整热促进了电池组热管理，减少了所需的新鲜空气并且改进了整个发电装置的效率。因此，人们已经提出了多种常规方法以控制甲烷化反应的温度。特别的，使用串联连接的多个甲烷化反应器的常规装置已经被使用，以便限制放热的甲烷化反应过程中的温升。例如，美国专利号3,967,936教导了串联连接的两个-->或更多个甲烷化反应区以及位于反应区之间的多个骤冷区的使用，这样将原料气和冷的循环气的混合物输送到骤冷区，从而骤冷从每个反应区中排放的流出物气体。另外，美国专利号4,205,961公开了一种用于合成气甲烷化的甲烷化装置，包括两个串联的高温甲烷化反应器，随后接有两个同样串联的低温甲烷化反应器。在该情况下，供有水的沸腾器和热交换器用于通过热交换冷却离开一个反应器并将进入另一个反应器的流出物。常规的甲烷化方法也已经使用多个串联和并联的甲烷化反应器来处理两个或更多个原料气物流。例如，美国专利号4,298,694公开了一种催化甲烷化方法，其中富含碳氧化物的原料气被分成两个分物流，使第一分物流在第一甲烷化反应器中进行甲烷化，并且来自第一反应器的冷却的流出物与第二分物流混合，并在第二甲烷化反应器中进行甲烷化。所述‘694号专利中公开的方法使用了供应饱和水蒸气的热交换器来冷却从第一反应器中排放的流出物。如可以理解的，在甲烷化反应过程中控制温度的常规方法需要使用包括多个热交换器和气体再循环组件的复杂装置，以冷却流出物气体并且防止甲烷化反应器的过热。另外，常规甲烷化方法通过将水蒸气添加到进入第一反应器的反应物中来解决控制在甲烷化反应器中的甲烷化催化剂上烟灰形成的问题。因此，本专利技术的一个目的是提供一种甲烷化装置，该装置使用具有改进的温度控制的多个反应器，以生产具有期望的温度和甲烷组成的气体。本专利技术的另一个目的是提供一种甲烷化装置，该装置使用多个甲烷化反应器和直接注入水作为冷却介质，以控制甲烷化反应器中的温度并避免甲烷化催化剂上烟灰的沉积。                            专利技术概述按照本专利技术的原理，在甲烷化装置中实现了上述和其它目的，所述甲烷化装置使用水源和含有要被甲烷化的气体的气体源，并且其中反应器装置具有多个各自用于甲烷化输入所述装置的气体的甲烷化反应器，以及气体输送和冷却装置，其适用于将气体从气体源输送到每个甲烷化反应器中，并将来自水源的水和每个甲烷化反应器的需要输送到下一个甲烷化反应器的产物混合，和将混合物输送到所述的下一个甲烷化反应器中。另外，根据本专利技术，所述气体输送和冷却装置还适用于混合要被输送到所述多个甲烷化反应器中的第一个甲烷化反应器中的来自水源的水和来自气体源的气体。-->在下文公开的本专利技术实施方案中，使用三个甲烷化反应器，并且所述气体输送和冷却装置包括一个或多个水注射单元，一个或多个气体分割单元，一个或多个水传送单元以及连接这些单元的连接管线。                          附图简要说明在结合附图阅读下面的详细说明后，本专利技术的上述以及其它特征和方面将变得更加清楚，其中：图1显示了按照本专利技术原理的一种甲烷化装置。                           详细说明图1说明了按照本专利技术原理的甲烷化装置100。合成气源101和冷却流体水源108输送合成气和水到甲烷化装置100，并且所述装置100生产用于输送到燃料电池系统120的已甲烷化的合成气。如图所示，装置100包括甲烷化反应器装置114，所述甲烷化反应器装置114包括一系列共三个绝热甲烷化反应器114A，114B和114C。这些反应器中的每一个被构建成使合成气中所含的碳氧化物与氢在催化剂存在下按照上文所述的反应(1)和(2)进行反应，生成甲烷和水。同样如图1中所示，按照本专利技术，甲烷化装置100还包括气体输送和冷却装置100A，该气体输送和冷却装置100A用于将来自合成气源101和水源108的合成气和冷却流体输送到三个甲烷化反应器114A-114C，从而维持进入和离开所述反应器的物流的预定温度。更具体地，所述装置100A适合于将来自合成气源101的合成气分成或分裂成多个部分或多个物流，并且将每个物流输送到一个不同的甲烷化反应器114A-114C中，以进行部分甲烷化。另外，装置100A还适合于将来自供应源108的水与每个反应器的需要输送到下一个反应器的产物结合，以冷却所述产物并且将得到的组合物或混合物输送到所述的下一个反应器。在图1所示的情况中，产生合成气的三个分物流，每个分物流被输送到一个不同的甲烷化反应器114A-114C中。进料到第一甲烷化反应器114A的那部分水源和合成气首先在换热器(合成气加热器)中被加热，来自第一甲烷化反应器114A的部分甲烷化的合成气产物与水及另外的合成气结合，并且该混合物被输送到第二或下一个反应器114B中，而来自第二甲烷化反应器114B的部分甲烷化的合成气产物与水及另外的合成气结合，并且该混合物被输送到第三或下-->一个甲烷化反应器114C中。甲烷化反应器114A-114C中的每一个包括用于促进合成气中的碳氧化物与氢气之间的甲烷化反应的催化剂。虽然镍催化剂最常用于促进甲烷化反应，但是这样的催化剂具有某些缺点，包括但不限于热和化学烧结性。因此，为了确保甲烷化装置100的有效性能，对于反应器114A-114C，具有高的镍浓度，即超过50％镍的催化剂是优选的。这样的催化剂在未稀释的合成气物流的甲烷化过程中通常是稳定的，可以对抗热和化学烧结。或者，其它具有活性和对甲烷的选择性的稳定催化剂也可以用于甲烷化反应器中。通过在装置中包括合成气加热器102，第一和第二合成气流分割单元104和106，第一和第二水传送单元110和112，第一和第二水注射单元116和118，以及连接管道或管线12本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用含有要被甲烷化的气体的气体源和水源的甲烷化装置，包括：包括多个甲烷化反应器的反应器装置，每个反应器均用于甲烷化输入所述装置的气体；气体输送和冷却装置，其适用于将来自所述气体源的气体输送到每个所述甲烷化反应器中，并将来自所 述供应源的水和每个甲烷化反应器的被输送到下一个甲烷化反应器的产物混合，和将所述混合物输送到所述的下一个甲烷化反应器中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-4-6 10/818,6801、使用含有要被甲烷化的气体的气体源和水源的甲烷化装置，包括：包括多个甲烷化反应器的反应器装置，每个反应器均用于甲烷化输入所述装置的气体；气体输送和冷却装置，其适用于将来自所述气体源的气体输送到每个所述甲烷化反应器中，并将来自所述供应源的水和每个甲烷化反应器的被输送到下一个甲烷化反应器的产物混合，和将所述混合物输送到所述的下一个甲烷化反应器中。2、权利要求1所述的甲烷化装置，其中：所述气体输送和冷却装置还适用于混合要被输送到所述多个甲烷化反应器中的第一个甲烷化反应器的来自所述水源的水和来自所述气体源的气体。3、权利要求1所述的甲烷化反应器，其中：所述气体输送和冷却装置还适用于加热所述水和气体的混合物。4、权利要求1所述的甲烷化装置，其中：在被输送到下一个甲烷化反应器的混合物已经形成以后或当所述混合物正在形成时，所述气体输送和冷却装置通过将气体添加到所述混合物中而将来自所述气体源的气体输送到各下一个甲烷化反应器中。5、权利要求4所述的甲烷化装置，其中：所述气体输送和冷却装置包括一个或多个水注射单元，每个所述水注射单元将来自所述水源的水和甲烷化反应器的产物结合在一起，这冷却了被输送到下一个甲烷化反应器的所述混合物。6、权利要求5所述的甲烷化装置，其中：所述气体输送和冷却装置还包括一个或多个气体分割单元，其用于将来自所述气体源的气体分割成多个气流，每个所述气流被输送到所述多个甲烷化反应器中不同的一个反应器。7、权利要求6所述的甲烷化装置，其中：所述气体输送和冷却装置还包括一个或多个连接管线，每个连接管线将水注射单元连接到所述多个甲烷化反应器中不同的一个反应器。8、权利要求7所述的甲烷化装置，其中：所述多个气流中的每一个都通过输送到所述连接管线之一中而被输送到甲烷化反应器中。9、权利要求8所述的甲烷化装置，其中：所述气体输送和冷却装置还包括：连接到所述多个甲烷化反应器中的第一甲烷化反应器的附加连接管线，并且所述多个气流中的一个气流通过输送到所述附加连接管线而被输送到所述第一甲烷化反应器中；和所述气体输送和冷却装置还适用于将来自所述水源的水输送到所述附加连接管线中。10、权利要求9所述的甲烷化装置，其中：所述气体输送和冷却装置还包括热交换器，用于加热在所述附加连接管线中的水和气体的混合物。11、权...

【专利技术属性】
技术研发人员：FC杨克，SC帕拉布，
申请(专利权)人：燃料电池能有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]