用于控温甲烷化反应的催化剂填装结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于控温甲烷化反应的催化剂填装结构，包括设置在反应器内的催化剂活性层

【技术实现步骤摘要】
用于控温甲烷化反应的催化剂填装结构


[0001]本专利技术涉及化工尾气资源化利用领域，具体的说是一种控温甲烷化反应的催化剂填装结构
。

技术介绍

[0002]随着人类生活水平的提高和社会的不断进步，对化学工业的安全
、
高效
、
节能
、
环保和可持续发展等方面提出了更高要求
。CO/CO2
甲烷化反应器属于强放热反应，每转化1％的
CO
的绝热温升为
72℃
，每转化1％的
CO2
的绝热温升为
60℃
，工业上为了避免超温引起催化剂失活，大都采用部分产品气循环降低入口
CO/CO2
浓度，或通入水蒸气间接降低碳浓度的方法
。
但采用上述方法，需要设置循环气压缩机，或需要配置蒸汽管线，采用绝热式反应器，出口操作温度
≥550℃
，甚至达到
620℃
以上，操作能耗和设备投资较高，设备维护费也较高
。CO/CO2
甲烷化反应方程式如下：
[0003]CO+3H2
→
CH4+H2O Δ
H
＝
‑
206.1KJ/mol...
[0004]CO2+4H2
→
CH4+2H2O Δ
H
＝
‑
165.0KJmol
[0005]2CO+2H2
→
CH4+CO2
Δ
H
＝
‑
247.3KJmol.
[0006]从热力学上考虑，降低甲烷化操作温度有利于反应平衡正向进行
。
理论计算表明，入口
CO+CO2
含量在
20
％以内时，在操作温度
≤320℃
，操作压力
2.5
‑
4.5MPa
范围内，
CO/CO2
平衡转化率
≥99
％
。
因此，通过采用有效的控温反应器方式，将床层出口温度控制在
320℃
以内，仅需要单台反应器即可实现
CO/CO2
的高效转化，降低装置投资和操作能耗
。
[0007]专利
CN110237778A
公开了一种便捷更换催化剂的等温反应器及其工艺方法，其特征是反应器采用同心圆设计，催化剂装填于环形筛网中，筛网整体装填到同心圆反应器内，催化剂整体拆装，重点讲述的是反应器结构特点
。
[0008]专利
CN113289663A
公开了一种用于等温固定床的甲烷化催化剂制备方法，采用氮化硅和氧化铝制备了介孔结构的载体
。
[0009]专利
CN204247177U
公开一种绝热
‑
等温甲烷化反应器，反应器内设置绝热段和等温段，等温段为列管式结构
。
[0010]以往公开专利中，所开发催化剂的出发点，均是为了提高催化剂的活性，但研究表明，
CO/CO2甲烷化反应的本征速率非常快，工业绝热固定床反应器中，在床层位置的
1/5
～
1/8
处即出现热点，热点后催化剂床层温度降低，使得甲烷化催化剂床层容易出现局部高温区，催化剂易烧结，同时后侧的催化剂反应性能也未得到体现
。
[0011]在实际运行过程中，若控温甲烷化反应器内控制不当，也极易导致床层飞温，烧穿反应器内构件，并会导致催化剂高温烧结失活
。
因此，为了使甲烷化反应器才反应器内平稳进行，产生的热量可以有效移出，达到控制床层温度均匀的目的，有必要从动力学的角度研究甲烷化催化剂的使用以及填装结构
。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单
、
反应效率高
、
床层升温缓和，热点温度低，避免产生局部高温区的目标，从而避免催化剂烧结失活，延长催化剂寿命，提高装置操作的安全性的用于控温甲烷化反应的催化剂填装结构
。
[0013]技术方案包括设置在反应器内的催化剂活性层
、
以及位于催化剂活性层两端的惰性填料层，所述催化剂活性层由混合的
WH
‑
H
催化剂和
WH
‑
L
催化剂组成；其中，所述
WH
‑
H
催化剂的主要活性组分为氧化镍
‑
氧化镧
‑
氧化铈的复合氧化物，主要活性组分负载量为
35
％～
65wt
％，所述
WH
‑
L
催化剂的主要活性组分为碳化硅
‑
氧化镍的复合物，主要活性组分负载量为
65
％～
85wt
％
。
[0014]所述
WH
‑
H
催化剂由氧化镍
‑
氧化镧
‑
氧化铈的复合氧化物和氧化铝组成，其含量分别为
(35
％～
65wt
％
)
：
(35
％～
65wt
％
)
，合计
100
％
。
[0015]所述氧化镍
‑
氧化镧
‑
氧化铈的复合氧化物中氧化镍
、
氧化镧
、
氧化铈的含量分别为
(60
％～
80wt
％
)
：
(10
％～
25wt
％
)
：
(8
％～
15wt
％
)。
[0016]所述
WH
‑
L
催化剂由碳化硅
‑
氧化镍的复合物
、
氧化硅
、
氧化铝组成，其含量分别为
(65
％～
85wt
％
)
：
(5
％～
10wt
％
)
：
(10
％～
30wt
％
)。
[0017]所述碳化硅
‑
氧化镍的复合物中碳化硅
、
氧化镍的含量分别为
(75
％～
90wt
％
)
：
(10
％～
25wt
％
)。
[0018]所述
WH
‑
H
催化剂和
WH
‑
L...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于控温甲烷化反应的催化剂填装结构，包括设置在反应器内的催化剂活性层
、
以及位于催化剂活性层两端的惰性填料层，其特征在于，所述催化剂活性层由混合的
WH
‑
H
催化剂和
WH
‑
L
催化剂组成；其中，所述
WH
‑
H
催化剂的主要活性组分为氧化镍
‑
氧化镧
‑
氧化铈的复合氧化物，主要活性组分负载量为
35
％～
65wt
％，所述
WH
‑
L
催化剂的主要活性组分为碳化硅
‑
氧化镍的复合物，主要活性组分负载量为
65
％～
85wt
％
。2.
如权利要求1所述的用于控温甲烷化反应的催化剂填装结构，其特征在于，所述
WH
‑
H
催化剂由氧化镍
‑
氧化镧
‑
氧化铈的复合氧化物和氧化铝组成，其含量分别为
(35
％～
65wt
％
)
：
(35
％～
65wt
％
)
，合计
100
％
。3.
如权利要求2所述的用于控温甲烷化反应的催化剂填装结构，其特征在于，所述氧化镍
‑
氧化镧
‑
氧化铈的复合氧化物中氧化镍
、
氧化镧
、
氧化铈的含量分别为
(60
％～
80wt
％
)
：
(10
％～
25wt
％
)
：
(8
％～
15wt
％
)。4.
如权利要求1所述的用于控温甲烷化反应的催化剂填装结构，其特征在于，所述
WH
‑
L
催化剂由碳化硅
‑
氧化镍的复合物
、
氧化硅
、
氧化铝组成，其含量分别为
(65
％～
85wt
％
)
：
(5
％～
10wt
％
)
：
(10
％～
30wt
％
)。5.
如权利要求4所述的用于控温甲烷化反应的催化剂填装结构，其特征在于，所述碳化硅
‑
氧化镍的复合物中碳化硅
、
氧化镍的含量分别为
(75
％～
90wt
％
)
：
(10
％～
25wt
％
)。6.
如权利要求1‑5任一项所述的用于控温甲烷化反应的催化剂填装结构，其特征在于，所述
WH
‑
H
催化剂和
WH
‑
L
催化剂的混合质量比为
(1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大洲，卢文新，刘凯鹏，刘强，胡媛，孔令凯，
申请(专利权)人：中国化学工程股份有限公司，
类型：发明
国别省市：