一种甲烷化反应器和甲烷化工艺技术领域
本发明涉及一种甲烷化反应器和甲烷化工艺。
背景技术
甲烷化反应器是煤制天然气项目的核心设备之一。甲烷化反应是强烈的
放热反应,在合成气甲烷化反应过程中存在着CO和CO2的竞争甲烷化反应
与高温下的逆水煤气变换反应,高效的传热与传质是控制CO和CO2竞争甲
烷化和高温逆水煤气变换的关键。研究表明,每转化1%的CO或CO2可产
生的绝热温升分别达到了70℃或60℃。为了控制甲烷化反应温度,回收反
应中产生的大量热能,工业化甲烷化工艺采用多个固定床甲烷化反应器串
连,逐级进行甲烷化反应。已实现甲烷化专利技术商业应用的公司有英国
Davy公司、丹麦公司以及德国的Lugri公司。
目前甲烷化反应器主要有两种类型,一种是轴向固定床反应器,另一种
是径向固定床反应器。轴向甲烷化反应器设计、加工过程相对容易、操作简
单,但存在反应器设备尺寸庞大、床层压降大、容易出现局部飞温、移热缓
慢、转化率低、放大效应明显以及反应器需要材质等级高等问题。径向床反
应器高径比较大、床层压降小、反应物在催化剂床层停留时间短,但很难实
现反应物在径向上的均匀分布、单位催化剂床层的生产强度较低。
为了克服传统化工中存在传热、传质效率低的问题,二十世纪八九十年
代兴起了微化工技术。微反应器作为微化工技术的核心组成部分,它是以毫
米、微米为量级的化学反应系统。一方面微反应器具有微尺度化、较大的比
表面、扩散距离短、停留时间短、阻力小等特点,其传质、传热和反应效果
较普通反应器高1-3数量级;另一方面,可以根据实际的工业生产能力要求,
通过具有功能化的微反应器模块集成以及数量的增减达到控制和调节生产,
有利于实现设备的最大利用效率,同时缩短设备的加工时间。
微通道反应器作为微反应器中的一类,将其运用甲烷化反应还鲜有报
道。CN201320593757.7公开了一种用于甲烷化工艺的微通道反应器,该微
反应通道固定在反应器中部的支撑板上,难以消除热胀冷缩产生的应力;
CN201110030881.8公开了一种微通道反应器及其合成气完全甲烷化的方法,
该微反应器由若干反应通道和移热通道交替平行排布,反应器的压降较大,
同时难以承受高压。
因此,提高单位体积催化剂生产强度、减小反应器的设备尺寸、缩短气
体在催化剂表面停留时间、降低反应器压降损失,提高反应物的转化效率,
充分延长催化剂的使用寿命,满足反应器大型化的需求是目前亟待解决的技
术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种甲烷化反应器和甲烷化工艺,该甲烷化反应器
不仅催化剂使用量少,而且采用该甲烷化反应器的甲烷化工艺,床层压降低,
气体停留时间短,反应床空间利用率高、无气体偏流和短路现象。
为了实现上述目的,本发明第一方面:提供一种甲烷化反应器,其特征
在于,该反应器包括径向圆筒形密封承压壳体、从所述壳体顶部伸入到壳体
内部的进气管、从所述壳体底部伸入到壳体内部的出气管、以及设置在所述
壳体内所述进气管下方所述出气管上方的催化反应单元;所述催化反应单元
包括中心筒以及包括或不包括套设在中心筒外的至少一个套筒;中心筒具有
中心管,中心管与出气管之间流体连通;中心筒与套筒的筒壁之间以及相邻
两个套筒的筒壁之间通过挡板流体隔绝并隔离出集流道和分流道;最外层的
套筒的外壁或中心筒的外壁与壳体的内壁之间形成有环隙;中心筒和套筒均
具有多个径向设置的微反应通道,并且中心筒的筒体内外以及套筒的筒体内
外仅通过该微反应通道流体连通;进气管通过分流道或环隙与微反应通道的
微通道反应气体入口流体连通,微反应通道的微通道反应产物出口通过集流
道或中心管与出气管流体连通;所述壳体的侧面设置有至少一个冷却介质入
口,所述壳体的底面设置有至少一个冷却介质出口,所述冷却介质入口与冷
却介质出口之间通过穿过所述中心筒和/或套筒和/或中心管和/或集流道的
冷却介质管线流体连通。
优选地,所述套筒的数量为2-500个。
优选地,所述壳体的侧面相对地设置有1#冷却介质入口和2#冷却介质
入口;所述壳体的底面对称地设置有1#冷却介质出口和2#冷却介质出口;
所述1#冷却介质入口与所述2#冷却介质入口通过冷却介质管线同所述中心
筒的内壁与所述微反应通道的外壁所形成的腔室流体连通;所述腔室通过冷
却介质管线与所述1#冷却介质出口和2#冷却介质出口流体连通。
优选地,所述冷却介质入口与冷却介质出口之间通过设置在所述中心管
内并由一根冷却介质管线绕制而成的管线筒流体连通。
优选地,所述冷却介质入口与冷却介质出口之间通过设置在所述集流道
内且环绕所述中心筒和/或所述套筒的冷却介质管线流体连通。
优选地,所述微反应通道的内表面负载有催化活性组分。
优选地,所述微反应通道的直径从所述微通道反应气体入口向微通道反
应产物出口的方向逐渐减小。
优选地,所述微反应通道的直径在2-50毫米之间。
优选地,所述微通道反应气体入口的直径与所述微通道反应产物出口的
直径的比值为(1.1-25):1。
优选地,所述微反应通道的内部空间的总体积为所述催化反应单元的体
积的30%-90%。
优选地,所述微反应通道为选自锥形管、喇叭形管和Y形管中的其中一
种。
优选地,所述进气管的下部设置有至少一个用于分布送入所述反应器的
反应气的气体分布器。
优选地,所述环隙的上端为开口并与进气管流体连通,环隙的底端封闭。
优选地,所述催化反应单元的底部与所述壳体的底部之间设置有隔热材
料区。
本发明第二方面:提供一种甲烷化工艺,该工艺包括:a、将含有含碳
氧化合物和氢气的甲烷化合成气经净化处理和预热后分别送入并联的1#主
甲烷化反应器和2#主甲烷化反应器进行主甲烷化反应,得到第一产物;b、
将步骤a中所得的第一产物经降温后送入至少一台补充甲烷化反应器进行补
充甲烷化反应,得到第二产物;c、将步骤b中所得的第二产物经降温后进
行分离处理,得到甲烷化产物;其中,所述1#主甲烷化反应器、2#主甲烷化
反应器和补充甲烷化反应器中的至少一台为本发明第一方面所提供的甲烷
化反应器。
优选地,该工艺还包括:将锅炉给水送入1#主甲烷化反应器、2#主甲烷
化反应器和补充甲烷化反应器中进行取热,所产生的蒸汽送入汽包中。
优选地,所述含碳氧化合物为M值为2.85-3.5的一氧化碳和/或二氧化
碳;所述M值为所述甲烷化合成气所含氢气的体积与含碳氧化合物中二氧
化碳的体积之差同含碳氧化合物体积的比值。
优选地,所述净化处理依次包括水解、脱硫、脱氧和脱硝处理。
优选地,所述补充甲烷化反应器的数量为1-2台。
优选地,所述主甲烷化反应的条件为:反应温度为300-700℃,反应压
力为1.0-8.5兆帕;所述补充甲烷化反应的条件为:反应温度为300-700℃,
反应压力为1.0-8.5兆帕。
与现有技术相比,本发明提供的甲烷化反应器和甲烷化工艺具有如下优
点:
1、甲烷化反应是体积缩小的快速强放热反应,采用涂覆含有甲烷化反
应催化活性组分的锥形管或喇叭管微反应通道,随着反应物从锥形管或喇叭
管较大直径端向较小直径端流动,反应通道越来越小,增大了甲烷化反应向
产物方向转化的推动力,由于气体流速越来越大,使得产物气体在微反应通
道中的停留时间较短;
2、采用涂覆甲烷化反应催化活性组分于微反应通道内表面,活性金属
使用量为同等处理能力常规固定床反应器所用量的5%-25%,有效地降低了
催化剂生产成本;
3、由于反应气体在反应器中停留时间较短,延长了催化剂的使用寿命
(寿命可以提高15%-20%),床层压降较同处理量的径向反应器低
(50%-85%);
4、该反应器由若干大小相同的锥形或喇叭形微反应通道构成的反应区
域,无反应死区和气体的偏流现象,床层的温度较为均匀,不会出现热点,
充分保证了整个运行周期的平稳运行;
5、该反应器的原料转化率高,CO的转化率将近100%,目标产物CH4
的选择性超过95%,单位反应器生产强度较常规固定床、流化床高,能够满
足现行煤制替代天然气的生产过程;
6、可以根据实际的工业生产能力要求,通过具有功能化的微反应通道
模块集成以及数量的增减达到控制和调节生产,有利于实现设备的最大利用
效率,无明显放大效应,同时缩短设备的加工时间,进一步降低反应器生产
成本;
7、不仅可以运用于煤制替代天然气和焦炉煤气甲烷化工艺,还可用于
甲醇合成、CO变换、费托合成等固定床催化放热反应。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与
下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在
附图中:
图1是本发明提供的甲烷化反应器的一种具体实施方式的结构示意图
(具有一个套筒且微反应通道为锥形管);
图2是本发明提供的甲烷化反应器的一种具体实施方式的剖视图(即图
1中A-A面的剖视图);
图3是本发明提供的甲烷化工艺的一种具体实施方式的流程示意图(采
用图1所示的甲烷化反应器,具有1#补充甲烷化反应器和2#补充甲烷化反
应器);
图4是本发明提供的甲烷化反应器的一种具体实施方式的结构示意图
(不具有套筒,微反应通道为锥形管);
图5是本发明提供的甲烷化反应器的一种具体实施方式的剖视图(即图
4中A-A面的剖视图);
图6是本发明提供的甲烷化工艺的一种具体实施方式的流程示意图(采
用图4所示的甲烷化反应器,具有1#补充甲烷化反应器);
图7是本发明提供的甲烷化反应器的一种具体实施方式的结构示意图
(不具有套筒,微反应单元为喇叭形管);
图8是本发明提供的甲烷化反应器的一种具体实施方式的剖视图(即图
7中A-A面的剖视图);
图9是本发明提供的甲烷化工艺的一种具体实施方式的流程示意图(采
用图7所示的甲烷化反应器,具有1#补充甲烷化反应器);
图10是本发明提供的甲烷化反应器所采用的微反应通道的一种具体实
施方式(锥形管)的示意图;
图11是本发明提供的甲烷化反应器所采用的微反应通道的一种具体实
施方式(喇叭形管)的示意图;
图12是本发明提供的甲烷化反应器所采用的微反应通道的一种具体实
施方式(Y形管)的示意图。
附图标记说明
1 壳体 2 进气管 3 出气管 4 中心筒 5 套筒
6 中心管 7 集流道 8 分流道 9 环隙 10 微反应通道
11 微通道反应气体入口 12 微通道反应产物出口
13 隔热材料区 14 第一气体分布器 15 第二气体分布器
16 1#主甲烷化反应器 17 2#主甲烷化反应器
18 1#补充甲烷化反应器 19 2#补充甲烷化反应器
20 汽包 21 蒸汽过热器 22 锅炉给水加热器
23 2#冷却器 24 1#冷却器 25 产品分离器
26 挡板
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,
此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发
明。
本发明第一方面:提供一种甲烷化反应器,其特征在于,该反应器包括
径向圆筒形密封承压壳体1、从所述壳体1顶部伸入到壳体内部的进气管2、
从所述壳体1底部伸入到壳体内部的出气管3、以及设置在所述壳体1内所
述进气管2下方所述出气管3上方的催化反应单元;所述催化反应单元包括
中心筒4以及包括或不包括套设在中心筒4外的至少一个套筒5;中心筒4
具有中心管6,中心管6与出气管3之间流体连通;中心筒4与套筒5的筒
壁之间以及相邻两个套筒5的筒壁之间通过挡板26流体隔绝并隔离出集流
道7和分流道8;最外层的套筒5的外壁或中心筒4的外壁与壳体1的内壁
之间形成有环隙9;中心筒4和套筒5均具有多个径向设置的微反应通道10,
并且中心筒4的筒体内外以及套筒5的筒体内外仅通过该微反应通道10流
体连通;进气管2通过分流道8或环隙9与微反应通道10的微通道反应气
体入口11流体连通,微反应通道10的微通道反应产物出口12通过集流道7
或中心管6与出气管3流体连通;所述壳体1的侧面设置有至少一个冷却介
质入口,所述壳体1的底面设置有至少一个冷却介质出口,所述冷却介质入
口与冷却介质出口之间通过穿过所述中心筒4和/或套筒5和/或中心管6和/
或集流道7的冷却介质管线流体连通。
根据本发明第一方面的一种具体实施方式,所述中心筒4以及所述套筒
5均可以由密封连接的顶部密封板、底部密封板和侧壁构成,其内可以空心,
可以实心,只要能够容纳微反应通道10即可。所述中心筒4的直径与中心
管6的直径之比以及所述中心筒4的直径与所述套筒5的直径之比均可以为
适合的任意比。
根据本发明的第一方面,在相同的反应条件和反应器直径下,增加套筒
5的数量可以增加反应气体与催化剂的接触时间,降低反应气体流速,从而
达到减小压降,提高转化率的作用,因此可以根据实际反应情况来调整套筒
5的数量,所述套筒5的数量优选2-500个,进一步优选为2-15个。
由于甲烷化反应是放热反应,因此需要降低甲烷化反应器的温度,本领
域技术人员常规的方法是采用冷却介质对甲烷化反应器进行降温。根据本发
明第一方面的一种具体实施方式,所述壳体1的侧面可以相对地设置有1#
冷却介质入口和2#冷却介质入口;所述壳体1的底面也可以对称地设置有
1#冷却介质出口和2#冷却介质出口;所述1#冷却介质入口与所述2#冷却介
质入口通过冷却介质管线同所述中心筒4的内壁与所述微反应通道10的外
壁所形成的腔室流体连通;所述腔室通过冷却介质管线与所述1#冷却介质出
口和2#冷却介质出口流体连通。
根据本发明第一方面的一种具体实施方式,所述冷却介质入口与冷却介
质出口之间可以通过设置在所述中心管6内并由一根冷却介质管线绕制而成
的管线筒流体连通。所述冷却介质入口与冷却介质出口之间也可以通过设置
在所述集流道7内且环绕所述中心筒4和/或所述套筒5的冷却介质管线流体
连通。需要说明的是,同一对冷却介质入口和冷却介质出口之间可以通过多
根冷却介质管线流体连通。
根据本发明的第一方面,为了使所述甲烷化反应器能够用于制取甲烷,
所述微反应通道10的内表面可以负载有催化活性组分。所述催化活性组分
可以采用本领域技术人员所熟知的催化活性组分,例如可以是具有甲烷化反
应活性的镍、钌和铑等金属;所述的负载是指可以通过浸渍、离子溅射、涂
覆或装填等方法将含有活性组分的催化剂或直接将活性组分负载到微反应
通道内。其中,活性金属组分涂覆负载过程可以采用本领域技术人员所熟知
的包括金属基体的预处理和催化剂沉积两个阶段的涂覆方法。
根据本发明的第一方面,为了保证甲烷化反应的效率,所述微反应通道
10的直径可以在2-50毫米之间。由于甲烷化反应是总体积缩小的反应,因
此所述微反应通道10的直径可以从所述微通道反应气体入口11向微通道反
应产物出口12的方向逐渐减小(保证微通道反应气体入口11的直径大于微
通道反应产物出口12的直径即可,也包括通道直径先减小后不变的情况)。
所述微通道反应气体入口11的直径与所述微通道反应产物出口12的直径的
比值可以为(1.1-25):1,优选为(2-10):1。需要说明的是,如果将发明
的反应器用于其它反应,可以根据该反应的具体情况设置微反应通道10的
直径。
根据本发明的第一方面,由于甲烷化反应是放热反应,为了兼顾反应效
率和甲烷化反应器的温度控制,所述微反应通道10的内部空间的总体积可
以为所述催化反应单元的体积的30%-90%,优选为50%-85%。
根据本发明第一方面的一种具体实施方式,所述微反应通道10可以为
选自锥形管、喇叭形管和Y形管中的其中一种(分别如图10、图11和图12
所示);应该理解的是,所述微通道反应气体入口11的直径大于所述微通道
反应产物出口12的直径。所述锥形管、喇叭形管和Y形管可以采用金属材
质管、陶瓷材质管,优选采用不与甲烷化反应系统中的气体发生反应的金属
管。需要说明的是,本领域技术人员常规使用的锥形管是指两端开口的圆台
形中空型材,而非轴向截面为锥形的型材。
根据本发明的第一方面,所述进气管2的下部可以设置有至少一个用于
分布送入所述反应器的反应气的气体分布器。所述气体分布器可以采用本领
域技术人员常规所用的,本发明不再赘述,所述气体分布器优选设置有两个。
根据本发明的第一方面,所述环隙9的上端可以为开口并与进气管2流
体连通,环隙9的底端可以封闭。
根据本发明的第一方面,为了防止壳体1的底部过度受热以及阻止中心
筒4和套筒5向下移动,所述催化反应单元(即中心筒4和套筒5)的底部
与所述壳体1的底部之间可以设置有隔热材料区13。所述隔热材料区13内
可以放置有本领域技术人员所熟知的单一材质或多种复合材质的隔热球、隔
热毡毯或隔热带等隔热材料。
本发明第二方面:提供一种甲烷化工艺,该工艺包括:a、将含有含碳
氧化合物和氢气的甲烷化合成气经净化处理和预热后分别送入并联的1#主
甲烷化反应器和2#主甲烷化反应器进行主甲烷化反应,得到第一产物;b、
将步骤a中所得的第一产物经降温后送入至少一台补充甲烷化反应器进行补
充甲烷化反应,得到第二产物;c、将步骤b中所得的第二产物经降温后进
行分离处理,得到甲烷化产物;其中,所述1#主甲烷化反应器、2#主甲烷化
反应器和补充甲烷化反应器中的至少一台为本发明第一方面所提供的甲烷
化反应器。优选地,所述补充甲烷化反应器的数量为1-2台。
根据本发明的第二方面,为了控制甲烷化反应器的反应温度,可以将锅
炉给水(即冷却介质)送入1#主甲烷化反应器、2#主甲烷化反应器和补充甲
烷化反应器中进行取热,所产生的蒸汽送入汽包中,本发明优选多个甲烷化
反应器共用一个汽包。
根据本发明的第二方面,所述含碳氧化合物可以是本领域技术人员所熟
知的含有一氧化碳和/或二氧化碳的气体,一般来自工业尾气,优选为M值
为2.85-3.5的一氧化碳和/或二氧化碳;所述M值可以为所述甲烷化合成气
所含氢气的体积与含碳氧化合物中二氧化碳的体积之差同含碳氧化合物体
积的比值,即M=(V(H2)-V(CO2))/(V(CO+CO2)),因为如果甲烷化反应进行完
全,V(H2):V(CO2)=4:1,V(H2):V(CO)=3:1,而M值为3左右,意味着含
碳氧化合物与氢气差不多刚好反应完全。
根据本发明的第二方面,所述净化处理可以依次包括本领域技术人员所
熟知的水解、脱硫、脱氧和脱硝处理。
根据本发明的第二方面,所述主甲烷化反应的条件可以为:反应温度为
300-700℃,反应压力为1.0-8.5兆帕;所述补充甲烷化反应的条件可以为:
反应温度为300-700℃,反应压力为1.0-8.5兆帕。
下面将结合附图通过实施例来进一步说明本发明,但是本发明并不因此
而受到任何限制。
实施例1
如图3所示,本实施例的反应装置由1#主甲烷化反应器16、2#主甲烷
化反应器17、1#补充甲烷化反应器18、2#补充甲烷化反应器19、蒸汽过热
器21、锅炉给水加热器22、2#冷却器23、1#冷却器24、产品分离器25和
汽包20相连。两个主甲烷化反应器采用并联的方式相连,与两个补充甲烷
化反应器共用一个汽包20。
操作步骤如下:
a、将H2/CO体积比为3.0(M=3.0),压力为3.5MPa、温度为250℃的
合成气,总体积流率为10m3/h,分成两股进入主甲烷化反应器,一股进入
1#主甲烷化反应器16进行主甲烷化反应,另一股合成气进入2#主甲烷化反
应器17进行主甲烷化反应,两个主甲烷化反应器的微反应通道尺寸大小相
同,操作条件相同;
b、1#主甲烷化反应器16和2#主甲烷化反应器17的反应温度、压力均
为650℃、3.45MPa;
c、1#主甲烷化反应器16和2#主甲烷化反应器17所得的第一产物经过
蒸汽过热器21换热后,温度降为400℃,顺次通过1#补充甲烷化反应器18,
2#补充甲烷化反应器19,进一步转化第一产物中未反应的合成气;1#补充甲
烷化反应器18的反应温度、压力为435℃、3.38MPa,2#补充甲烷化反应器
19的反应温度、压力为350℃、3.36MPa;
d、经过两级补充甲烷化反应器后,第二产物经锅炉给水加热器22、1#
冷却器23和2#冷却器24降温后,经产品分离器25后分离得到甲烷化产物;
e、锅炉给水经过锅炉给水加热器22预热后,分八股,以两股形式从上
部分别进入1#主甲烷化反应器16、2#主甲烷化反应器17、1#补充甲烷化反
应器18和2#补充甲烷化反应器19,产生中压蒸汽全部进入汽包20,四台甲
烷化反应器共用一个汽包20;汽包中的水经蒸汽过热器加热后送出。
本实施例中一氧化碳的转化率为99%,甲烷的选择性为95%,同时副产
11.4MPa,530℃的高压过热蒸汽。
本实施例所采用的4个甲烷化反应器均如图1和图2所示,结构如下:
如图1和图2所示,甲烷化反应器包括壳体1、进气管2、出气管3和
催化反应单元。进气管2的下端设置有第一气体分布器14和第二气体分布
器15,催化反应单元与壳体1的底面之间设置有由隔热毡毯构成的隔热材料
区13。催化反应单元包括同轴的中心筒4和1个套筒5,中心筒4中心具有
中心管6,中心筒4与套筒5之间通过挡板26隔绝出分流道8和集流道7,
套筒5和壳体1的侧壁形成空隙9。本实施例所采用的微反应通道10为如图
10所示的锥形管,锥形管中负载活性金属NiO量为5.5g/m2。
甲烷化反应器壳体直径为910mm,中心筒和套筒的高度为1200mm,中
心管直径为150mm,中心筒直径为450mm,套筒直径为855mm,所采用的
锥形管微反应通道长度为150mm,锥形管入口处直径10mm,出口处直径
4mm,所有锥形管的总体积占催化反应单元体积的比例为50.2%。
本实施例中有两个热交换区,一个是中心管6,另一个是集流道7。冷
却介质从壳体1外侧的冷却介质入口进入壳体1内部,然后分成两股,一股
经设置在集流道7内环绕中心筒4的冷却介质管线对甲烷化反应器进行降
温,另一股经设置在中心管6内的由一根冷却介质管线绕制而成的管线筒对
甲烷化反应器进行降温。
实施例2
如图6所示,本实施例的反应装置由1#主甲烷化反应器16、2#主甲烷
化反应器17、1#补充甲烷化反应器18、蒸汽过热器21、锅炉给水加热器22、
2#冷却器23、1#冷却器24、产品分离器25和汽包20相连。两个主甲烷化
反应器采用并联的方式相连,与补充甲烷化反应器共用一个汽包20。
操作步骤如下:
a、将压力为3.0MPa、温度为250℃、含有M=2.95的一氧化碳、二氧
化碳和氢气的合成气,总体积流率为10m3/h,分成两股进入主甲烷化反应器,
一股进入1#主甲烷化反应器16进行主甲烷化反应,另一股合成气进入2#主
甲烷化反应器17进行主甲烷化反应,两个主甲烷化反应器的微反应通道尺
寸大小相同,操作条件相同;
b、1#主甲烷化反应器16和2#主甲烷化反应器17的反应温度、压力分
别为550℃、2.96MPa;
c、1#主甲烷化反应器16和2#主甲烷化反应器17所得的第一产物经过
蒸汽过热器21换热后,温度降为400℃,通过1#补充甲烷化反应器18进一
步转化第一产物中未反应的合成气,1#补充甲烷化反应器18的反应温度为
370℃,反应压力为2.93MPa;
d、经过一级补充甲烷化反应器后,第二产物经锅炉给水加热器22、1#
冷却器23和2#冷却器24降温后,经产品分离器25后分离得到甲烷化产物;
e、锅炉给水经过锅炉给水加热器22预热后,分6股,以两股形式从上
部分别进入1#主甲烷化反应器16、2#主甲烷化反应器17和1#补充甲烷化反
应器18,产生中压蒸汽全部进入汽包20。三台甲烷化反应器共用一个汽包
20。
本实施例中一氧化碳的转化率为100%,二氧化碳的转化率为97.5%,
甲烷的选择性为97.5%,同时副产5.8MPa,470℃的高压过热蒸汽。
本实施例所采用的3个甲烷化反应器均如图4和图5所示,结构如下:
甲烷化反应器包括壳体1、进气管2、出气管3和催化反应单元。进气
管2的下端设置有第一气体分布器14和第二气体分布器15,催化反应单元
与壳体1的底面之间设置有由隔热毡毯构成的隔热材料区13。催化反应单元
设置有中心筒4,中心筒4中心具有中心管6,中心筒4和壳体1的侧壁形
成环隙9。本实施例所采用的微反应通道10为如图10所示的锥形管,锥形
管中负载活性金属NiO量为10g/m2。
甲烷化反应器中心筒的高度为1000mm,中心管直径为400mm,所采用
的锥形管微反应通道长度为300mm,锥形管入口处直径10mm,出口处直径
4mm,所有锥形管的总体积占中心筒4体积的比例为70.7%。
本实施例中有一个热交换区,设置在中心筒4内。两股冷却介质分别从
壳体1外侧的1#冷却介质入口和2#冷却介质入口进入壳体1内,所述1#冷
却介质入口与所述2#冷却介质入口通过两根冷却介质管线同所述中心筒4
的内壁与所述微反应通道10的外壁所形成的腔室流体连通,该腔室通过两
根穿过隔热材料区13的冷却介质管线与所述1#冷却介质出口和2#冷却介质
出口流体连通,将冷却介质送出甲烷化反应器。
实施例3
如图7-9所示,本实施例与实施例2的区别在于,微反应通道为如图11
所示的喇叭形管,反应条件以及其它参数均相同。
合成气原料中的CO转化率为100%,二氧化碳的转化率为98%,替代
天然气的选择性达到97.5%,同时副产5.8MPa、470℃左右的高温蒸汽。
本发明提供的甲烷化反应器结构紧凑、活性金属用量少;将该甲烷化反
应器进行甲烷化反应时,床层压降小、无明显放大效应、单位体积催化剂生
产强度大、原料转化率高、产物在催化剂表面停留时间短,能及时移除反应
热,避免催化剂出现过热区域,延长了催化剂的使用寿命,能够满足现行煤
制替代天然气的生产过程。