专利名称：甲烷合成反应装置的制作方法
技术领域：
本实用新型实施例涉及甲烷合成反应器的结构，尤其涉及一种甲烷合成反应装 置；属化工技术领域。
背景技术：
甲烷(CH4)可以通过含有氢气(H2)、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)的煤气或焦 炉气制得，这些H2、CO和CO2在催化剂作用下发生合成反应，生成CH4。甲烷合成反应过程中释放大量的热，如果不能及时有效地移走合成反应过程中产 生的反应热，将导致催化剂被烧坏，甚至合成反应器损毁。现有技术采用多台绝热反应器和多台换热器串联来完成甲烷合成反应，这种方式 成本高，合成效率低，设备多，增加事故发生率，更不易进行大规模生产。
实用新型内容本实用新型提供一种甲烷合成反应装置，以解决现有技术的缺陷，提高合成效率， 降低成本，安全可靠，适合于大规模生产。本实用新型提供一种甲烷合成反应装置，包括外壳，所述外壳顶部设置有原料气 入口，所述外壳底部设置有合成气出口 ；所述外壳内腔中填充颗粒状催化剂；所述外壳内 腔中设置多个容置冷却介质的冷却盘管；所述外壳上还设置有分别与所述多个冷却盘管两 端相通的冷却介质入口通道和冷却介质出口通道。如上所述的甲烷合成反应装置，所述外壳内腔中还设置有与所述原料气入口连接 的、使原料气均勻分布的气体分布器。如上所述的甲烷合成反应装置，每个所述冷却盘管呈螺旋形，所述多个冷却盘管 紧密相邻，所述冷却介质入口通道和所述冷却介质出口通道上分别设置多个孔，所述多个 孔分别与所述多个冷却盘管相通。如上所述的甲烷合成反应装置，所述外壳内侧设置有耐火衬里。如上所述的甲烷合成反应装置，所述外壳外侧还设置有降低所述外壳温度以保护 所述外壳的冷却套夹。如上所述的甲烷合成反应装置，所述外壳内腔中还设置有一层以上防止所述颗粒 状催化剂扩散并使所述原料气均勻分布的瓷球层，所述瓷球层包括数千个紧密相邻的瓷 球。如上所述的甲烷合成反应装置，所述外壳顶部或底部还设置有供人工检查的检查 孔。如上所述的甲烷合成反应装置，所述外壳底部还设置有更换催化剂的卸料孔。如上所述的甲烷合成反应装置，所述冷却介质为水。如上所述的甲烷合成反应装置，所述水的压力为5MPa 20MPa，温度为 263. 91°C 365. 7°C。
3[0016]本实用新型提供的甲烷合成反应装置，通过容置冷却介质的冷却盘管冷却反应过 程中的混合气体及合成气体，实现有效控制甲烷反应过程中的温度，提高合成效率，成本 低，安全可靠，适合于大规模生产。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是 本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型一个甲烷合成反应装置实施例的主视图；图2为本实用新型又一个甲烷合成反应装置实施例的主视图；图3为本实用新型另一个甲烷合成反应装置实施例的主视图；图4为图2及图3所示甲烷合成反应装置的冷却盘管主视图；图5为图4所示主视的剖视图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新 型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施 例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于 本实用新型保护的范围。本实用新型提供的一个甲烷合成反应装置的实施例，参见图1，该甲烷合成反应气 包括外壳1，外壳1顶部设置有原料气入口 2，外壳1底部设置有合成气出口 3 ；外壳1内 腔中填充颗粒状催化剂；外壳1内腔中设置多个容置冷却介质的冷却盘管4 ；外壳1上还设 置有分别与多个冷却盘管4两端相通的冷却介质入口通道5和冷却介质出口通道6。具体的，合成甲烷的原料为含有H2、⑶和CO2的的煤气或焦炉气，H2、⑶和CO2的混 合气体需要在一定的温度下才能够进行合成反应，因此，含有H2、CO和CO2的原料气进入甲 烷合成反应装置前需进行预热，预热后，这些混合气体的温度达到260°C左右，压力为1 IOMPa0该甲烷合成反应装置内部填充着颗粒状的催化剂(图1中虚线画叉区域)，这些催 化剂小颗粒充满外壳1的内腔，原料气从外壳1顶部的原料气入口 2进入甲烷合成反应装 置后接触到催化剂，由于原料气的温度和压力已达到合成反应要求，因此，在催化剂作用下 原料气进行合成反应。在合成反应进行过程中，冷却介质从冷却介质入口通道5进入外壳 1内腔中设置的多个冷却盘管4中，冷却盘管4中的冷却介质用来降低合成反应的温度，经 过多个冷却盘管4后，冷却介质从冷却介质出口通道6流出甲烷合成反应装置。其中，可以 根据合成反应需要的温度和压力情况预先制备冷却介质，使冷却介质能够将合成反应控制 在最为理想的反应温度区间，提高甲烷合成率并保护合成反应装置。经过冷却后的合成气 从外壳1底部的合成气出口 3排出。本实施例提供的甲烷合成反应装置，通过容置冷却介质的冷却盘管冷却反应过程
4中的混合气体及合成气体，使反应热能迅速有效地移走，有效控制甲烷反应过程中的温度， 提高合成效率，成本低，安全可靠，适合于大规模生产。参见图2 图5，本实用新型又一个实施例提供的甲烷合成反应装置，包括外壳 1，外壳1可包括顶部的封头Ia及底部的承压壳体lb，外壳1可以为耐压的金属材质，封头 Ia和承压壳体Ib可通过紧固件Ic固定连接，这种外壳结构便于拆卸及维修。外壳1内侧 可以设置耐火衬里7来保护外壳1，以免外壳1在合成反应过程中温度过高。耐火衬里7的 厚度可以根据整个反应器的直径和反应温度而定，可以为150mm 250mm，参见图2。如果 不用耐火衬里7，则还可以在外壳1外侧设置冷却水夹套8，相应在冷水夹套8上设置入水 口 8a和出水口 8b，冷却水夹套8中注入冷却水来防止外壳1的温度过高，参见图3。外壳1顶部设置有原料气入口 2，外壳1底部设置有合成气出口 3 ；此外，还可以在 外壳1顶部或底部可设置检查孔9，该检查孔9可供工作人员进入甲烷合成反应装置内部进 行检查或检修等操作；外壳1底部还可设置有卸料孔10，以便定期更换催化剂。进一步的，外壳1内腔中设置可以设置与原料气入口 2连接的气体分布器11，该气 体分布器11可使原料气均勻散布在外壳1的内腔中。另外，可以在外壳1的内腔中设置一 层以上瓷球层12，瓷球层12由数千个紧密相邻的瓷球组成，可以在气体分布器11的下方设 置一层瓷球层12，也可以在外壳1内腔下部设置一层瓷球层12，还可以同时在气体分布器 11的下方和外壳1内腔下部设置瓷球层12(如图2所示)，通过瓷球层12使颗粒状的催化 剂集中起来，另外，由于各个瓷球间具有很小的缝隙，这些缝隙均勻分布在瓷球层12中，因 此，原料气经过瓷球层12后分布更加均勻。另外，每个冷却盘管4可以呈螺旋形，多个冷却盘管4紧密相邻，冷却介质入口通 道5和冷却介质出口通道6上分别设置多个孔5a，多个孔5a分别与多个冷却盘管4相通，如 图4和图5所示。冷却盘管4的尺寸为Φ14πιπι Φ57πιπι，管壁厚度根据管内冷却介质的压 力而定，可为Φ 2mm Φ6mm，孔5a的数量与冷却盘管4的个数匹配。其中，冷却介质可以为 水或其他液体，为了达到较好的冷却效果，水的压力可为5MPa 20MPa，温度为263. 91°C 365. 7°C。本实施例提供的甲烷合成反应装置，通过容置冷却水的冷却盘管冷却反应过程中 的混合气体及合成气体，实现有效控制甲烷反应过程中的温度，在合成反应过程中原料气 体与催化剂充分接触，提高合成效率，成本低，安全可靠，适合于大规模生产。并且可副产高 压蒸汽，有助于节能环保，降低生产成本。该装置结构简单，易于制造和维修。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等 同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术 方案的精神和范围。
权利要求一种甲烷合成反应装置，其特征在于，包括外壳，所述外壳顶部设置有原料气入口，所述外壳底部设置有合成气出口；所述外壳内腔中填充颗粒状催化剂；所述外壳内腔中设置多个容置冷却介质的冷却盘管；所述外壳上还设置有分别与所述多个冷却盘管两端相通的冷却介质入口通道和冷却介质出口通道。
2.根据权利要求1所述的甲烷合成反应装置，其特征在于，所述外壳内腔中还设置有 与所述原料气入口连接的、使原料气均勻分布的气体分布器。
3.根据权利要求1或2所述的甲烷合成反应装置，其特征在于，每个所述冷却盘管呈螺 旋形，所述多个冷却盘管紧密相邻，所述冷却介质入口通道和所述冷却介质出口通道上分 别设置多个孔，所述多个孔分别与所述多个冷却盘管相通。
4.根据权利要求3所述的甲烷合成反应装置，其特征在于，所述外壳内侧设置有耐火 衬里。
5.根据权利要求3所述的甲烷合成反应装置，其特征在于，所述外壳外侧还设置有降 低所述外壳温度以保护所述外壳的冷却套夹。
6.根据权利要求4或5所述的甲烷合成反应装置，其特征在于，所述外壳内腔中还设置 有一层以上防止所述颗粒状催化剂扩散并使所述原料气均勻分布的瓷球层，所述瓷球层包 括数千个紧密相邻的瓷球。
7.根据权利要求6所述的甲烷合成反应装置，其特征在于，所述外壳顶部或底部还设 置有供人工检查的检查孔。
8.根据权利要求7所述的甲烷合成反应装置，其特征在于，所述外壳底部还设置有更 换催化剂的卸料孔。
9.根据权利要求8所述的甲烷合成反应装置，其特征在于，所述冷却介质为水。
10.根据权利要求9所述的甲烷合成反应装置，其特征在于，所述水的压力为5MPa 20MPa，温度为 263. 91°C 365. 7"C。
专利摘要本实用新型提供一种甲烷合成反应装置。包括外壳，所述外壳顶部设置有原料气入口，所述外壳底部设置有合成气出口；所述外壳内腔中填充颗粒状催化剂；所述外壳内腔中设置多个容置冷却介质的冷却盘管；所述外壳上还设置有分别与所述多个冷却盘管两端相通的冷却介质入口通道和冷却介质出口通道。本实用新型提供的甲烷合成反应器，能够有效控制甲烷反应过程中的温度，提高合成效率，成本低，安全可靠，适合于大规模生产。
文档编号C07C1/04GK201744344SQ20102027893
公开日2011年2月16日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者万蓉, 刘武烈, 庞彪, 庞玉学, 杨泳涛, 王志坚 申请人:庞玉学