适用于气相放热反应的反应器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种适用于气相放热反应的反应器。所述的反应器由水冷反应部分、气冷反应部分和气冷激部分组成，水冷反应部分经气冷激部分与气冷反应部分连通，且水冷反应部分、气冷反应部分和气冷激部分集成于一圆柱形密闭容器中。本实用新型专利技术所设计的适用于气相放热反应（特别适用于由合成气制备甲烷）的反应器的最大优点在于，其床层温度序列合理，单层转化率得到提高，可用一个反应器替代现有的多个合成反应器，降低了装置投资费用。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种适用于气相放热反应的反应器，特别涉及一种适用于由合成 气制备甲烷的反应器。
技术介绍
由合成气制备甲烷是一种强放热反应，其反应方程如下CO + 3H2 CH4 + H20 - 206.3ATJ / molC02+4H2^CH4+2H20-165.\KJ/mol该反应的特点是可逆、放热、体积缩小。催化剂一般为镍系催化剂、反应压力 3MPa 7MPa、反应温度250°C 650°C，反应速度快。目前，用于合成气制备甲烷的反应器多为固定床绝热反应器。其存在的缺陷是 (1)为提高一氧化碳的转化率，需将多个固定床绝热反应器串联使用。换言之，单个固定床 绝热反应器的一氧化碳的转化率不高。(2)因反应温度较高，为防止所用固定床绝热反应器 的外筒体超温，一般在其内需内衬一层隔热层(厚度约为250mm 300mm)。由于隔热层的 存在，减少了催化剂装填的有效体积。此外，现有由合成气制备甲烷生产工艺中需要多个固 定床绝热反应器串联使用，导致整个流程中必须有多台换热器移走反应热，工艺路线复杂。鉴于此，研制一种新型的适用于气相放热反应(特别适用于由合成气制备甲烷) 的反应器成为本技术需要解决的技术问题。
技术实现思路
本技术目的在于，提供一种适用于气相放热反应(特别适用于由合成气制备 甲烷)的反应器，克服现有技术中存在的问题。本技术所述的适用于气相放热反应(特别适用于由合成气制备甲烷)的反应 器，其由水冷反应部分、气冷反应部分和气冷激部分组成，水冷反应部分经气冷激部分与气 冷反应部分连通，且水冷反应部分、气冷反应部分和气冷激部分集成于一圆柱形密闭容器 中；在所述的水冷反应部分主要设置有产物出口，至少一对冷却水的出、入口，和若 干用于装填催化剂的管状物；在所述的气冷反应部分主要设置有至少一个反应物(原料)进口，和若干用于装 填催化剂的管状物；在所述的气冷激部分主要设置有至少一个冷激气入口，和至少一个气体混合器。在本技术一个优选的技术方案中，气冷反应部分的用于装填催化剂的管状物 的总容积与水冷反应部分的用于装填催化剂的管状物的总容积的比为1 (1 5)。本技术所设计的适用于气相放热反应(特别适用于由合成气制备甲烷)的反3应器的最大优点在于，其床层温度序列合理，单层转化率得到提高，可用一个反应器替代现 有的多个合成反应器，降低了装置投资费用。附图说明图1.为本技术所述的适用于气相放热反应的反应器的结构示意图；其中1-产物出口，2-冷却水入口，3-筒体，4-催化剂装填管(水冷反应部分)， 5-冷却水出口，6-气体混合器，7-冷激气入口，8-反应物(原料)入口，9-催化剂装填管 (气冷反应部分)，10-上管板，11-下管板，12-惰性瓷球，13-催化剂触媒支撑；601-气体混合器6上的螺旋小孔，1001-上管板10上的小孔。图2.为图1中A-A面的剖面图。图3.为图1中气体混合器6的俯视图。图4.为图1中上管板10的俯视图。 图5.气体混合器6剖面图具体实施方式结合附图，对本技术所述适用于气相放热反应的反应器作进一步说明。由图1.可知本技术所述的反应器为一密闭的圆柱形容器，在所述的圆柱形 容器的一端端面设置有产物出口 1 ；在近产物出口 1端，为水冷反应部分，在水冷反应部分的外侧面至少设置一对冷 却水的出口 5、和入口 2，在水冷反应部分内部主要设置有若干个催化剂装填管4，在催化剂 装填管4的两端(或称上、下端)分别设有上管板10和下管板11，所说的上管板10和下 管板11上设有若干个圆孔1001 (参见图4，下管板11的俯视图与图4相同，故省略)，圆孔 1001的个数与催化剂装填管4的个数相同，且圆孔1001的面积与催化剂装填管4的截面积 相等，在下管板11的下方设置有惰性瓷球12和催化剂触媒支撑13 ；在产物出口 1的另一端，为气冷反应部分，在气冷反应部分的外侧面至少设置一 个反应物(原料)入口 8，在气冷反应部分内部主要设置有若干个催化剂装填管9，在催化 剂装填管9近水冷反应部分一端设置有惰性瓷球12 (用于支撑催化剂装填管9内的催化 剂)；连接水冷反应部分和气冷反应部分(即在水冷反应部分与气冷反应部分中间)， 为气冷激部分，在气冷激部分的外侧面至少设置有一个冷激气入口 7，在气冷激部分的内部 主要设置有气体混合器6 ；所说的气体混合器6为设置有若干螺旋小孔601的筛板(参见图3和图5)。此外，整个反应器的直径优选为2米 6米，在气冷反应部分中，催化剂装填管 9的根数根据生产规模定，一般为300 7，000，单根催化剂装填管9的内径(直径)为 22mm 58mm，高度为4m 10m ；同样，水冷反应部分中，催化剂装填管4的根数根据生产规模定，一般为300 7，000根，单根催化剂装填管4内径(直径)为22mm 58mm，高度4m 10m。气体混合器6所用的筛板上设有2，000 6，000个直径为2mm 5mm的螺旋小孔。下面以由合成气制备甲烷为例，对本技术所述反应器的使用作进一步说明。首先，在所述催化剂装填管4和9内，装填有现有用于合成气制备甲烷的负载型催 化剂，其活性组份为金属镍，载体为氧化铝(AI203)。然后，在“开车”时，将3MPa 8MPa原料气(C0+H2)通过外置的电加热器预热原料 气至200°C 230°C由反应物(原料)入口 8进入所述反应器的气冷反应部分内，由催化剂 装填管9的上部进入催化剂装填管9内反应，反应后气体温度为400°C 450°C，当达到稳 定操作时，停止加热原料气。后续原料气与催化剂装填 管9内的气体换热，使其温度升至230°C 250°C。由催化剂装填管9导出气体与另一股温度为20°C 40°C原料气(由冷激气入口 7 进入)经气体混合器6混合，得温度为220°C 250°C的混合气体，该混合气体经上管板10 进入催化剂装填管4内，催化剂装填管4的温度内温度控制在220°C 280°C，催化剂装填 管4内的反应热由其外面的冷却水移走，催化剂装填管4内生成气体产物经下管板11和惰 性瓷球12等，由产物出口 1导出。该反应器由于采用了气冷_冷激_水冷的方式，使整个反应器床层的温度序列合 理，单层转化率得到提高，催化剂生产强度也得到提高，可用一个反应器替代现有的多个合 成反应器，降低了装置投资费用。如对于由合成气制备甲烷个案而言，在反应器的上部(气冷反应部分)，反应温度 为240°C 450°C，在反应器的下部(水冷反应部分)，反应温度为220°C 280°C。由于甲 烷合成反应是放热反应，在反应器的上部，远离化学平衡，反应剧烈，反应温度高，预热了原 料气，又因为原料气在壳层，原料气温度不会超过250°C，可以不用设置保温层，增加反应器 空间利用率；在反应器的下部，反应温度低，对反应的化学平衡有利，反应热通过管外水移 走，副产蒸汽，热量能够得到合理利用。下面通过实施例对本技术作进一步说明，其目的仅在于更好理解本技术 的内容而非限制本技术的保护范围。在下面的实施例中，除特别说明外，所述的百分比 均为体积百分比。实施例1原料气组成:C017. 82%,C02 1. 62%,N2+Ar 0. 54%, H2 61. 0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于气相放热反应的反应器，其特征在于，所述的反应器由水冷反应部分、气冷反应部分和气冷激部分组成，水冷反应部分经气冷激部分与气冷反应部分连通，且水冷反应部分、气冷反应部分和气冷激部分集成于一圆柱形密闭容器中；在所述的水冷反应部分主要设置有：产物出口，至少一对冷却水的出、入口，和若干用于装填催化剂的管状物；在所述的气冷反应部分主要设置有：至少一个反应物进口，和若干用于装填催化剂的管状物；在所述的气冷激部分主要设置有：至少一个冷激气入口，和至少一个气体混合器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘殿华，房鼎业，应卫勇，曹发海，丁百全，李涛，张海涛，马宏方，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]